2002/03/05
經濟部能源局
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■撰文：劉林森
燃料電池係通過氫氣和氧氣的化學反應來獲取能量，這個過程的主要副產品是熱量和從水。這種已有百年歷史的技術應用在以往的進展並不快，但進入90年代後隨著大規模的應用即將出現，投資者正在將更多的資金注入日益增多的燃料電池公司。
把氫通過電化學反應轉化為電、熱和水的燃料電池雖然還處於初期階段，但是發展速度很快。而燃料電池將以多快的速度運用於運輸市場，這要取決於汽車和石油工業界同意使用什麼樣的氫燃料。理想的解決方案是使用純凈的氫氣，科學家也在考慮使用甲醇或者普通的汽油等其他方案，這些東西能夠通過轉換器產生氫氣。
另外，工業界的評論人士對電站用燃料電池有更大的信心。美國獨立的研究調查機構聯合商業情報所2000年3月份發表的研究報告認為，未來十年全球燃料電他的發電能力將從2001年的75兆瓦上升到1.5萬兆瓦，預計美國、德國和日本將處於領先地位。
突破性˙亟思跨越的一步
微型渦輪機被人們視為向燃料電池發展的一個中間步驟，它使人們能夠使用如天然氣、丙烷、柴油、煤油和甲烷等傳統的燃料，實現小規模高效發電。最近，美國紐約的一家小型研究公司Plug Powre表示已成功地演示了一種利用天然氣的燃料電池系統，從而朝著在兩年後推出適合居家使用的燃料電池技術的目標邁出了重要一步。
該公司認為利用天然氣是燃料電池技術的「突破」，這意味著美國已經使用天然氣取暖和烹飪的七千多萬個家庭最終將可以利用天然氣來滿足他們對能源包括電力的需求。該公司稱，通過把天然氣這樣的低成本燃料與高效燃料電池技術結合在一起，消費者的電費開支估計將比目前減少20％。
在日本，供家庭使用的燃料電池已經開放市場。由三洋電機公司研製成功輸出功率為1,000瓦的家用小型燃料電池，開放市場後頗受用戶歡迎。這種燃料電池是固體高分子型燃料電池，採用氟樹脂類高分子膜。與磷酸型燃料電池相比，這種燃料電池在電解質處於低溫時也能夠有效使用，而且從準備到使用的所需時間甚短，適合家庭和商店應急用，也可供戶外作業使用。
環保與價格的未來
那麼，為了降低成本，能否利用再生能源做為燃料電池的能源？答案是肯定的。通常做為燃料電池燃料的氫是由液化天然氣合成的，日本橫濱市注意到下水污泥中產生的有機氣體中含有高達65％左右的沼氣，可利用雙層的氮氧化物和硫氧化物過濾裝置提煉有機氣體，提高沼氣純空來合成用於生成燃料電池所需的氫。通過實驗證明，這種燃料電池每小時可產生90立方米的沼氣，發電能力達200千瓦。據悉這項發明在世界上尚屬首次，顯示燃料電池的技術正在和環保意識結合起來。
有鑒於燃料電池技術已出現新的突破，各大公司對它的興趣倍增。但是，燃料電池目前仍然不適合大批量產上市，原因主要是家用和車用的燃料電池發電機依然價格過高，這也是為什麼家用燃料電池的實驗一直由公司贊助的原因。目前，一台家用燃料電池發電機的價格大概每台在一萬美金左右，預計到2005年家用燃料電池發電系統的價格就可降到5,000美元以下。
其實，專家們表示汽車是燃料電池最大的潛在用戶。如果公司能把80kW功率之車用燃料電池的價格降到與價值3,500美金的汽油機相抗衡，那時利潤就難以估計了。如今質子交換膜型燃料電池每千瓦造價超過2,000美元，必須將造價降到每千瓦50美元左右才能吸引汽車製造商。儘管這需要艱苦的努力，但每年全世界大約5,200萬輛的汽車產量使潛在的市場發展極為驚人！
實用化˙微型燃料電池
未來的網路是移動的，不久，網民無論在什麼地方都可以通過手機、掌上電腦、手提電腦等進入多媒體世界。然而，頻繁的使用這些設備，靠什麼能源來支持它們呢？如今，微型燃料電池將提供一條出路，它們能夠提供較高的能量密度，而且隨時可以再充電。當儲存在一個金屬管中的氫消耗完時，金屬管可以馬上更換。燃料電池和氫電池的大小，可以根據儀器的需要單獨設計。今後的發展趨勢是：人們可以用移動電腦、便攜式攝錄機或手機在網路上漫遊！
燃料電池應用於小型發電站和汽車是眾所周知的。多數情況下，電池組提供的功率從一千瓦到幾百千瓦。燃料電池直接以電化方式發電，現在則有五種不同的發電方式。它們的主要區別就在於電解質和操作溫度。在薄膜燃料電池的研究方面，取得的進展最大，它首次被用於美國的航空計畫，這種微型燃料電池也可以做為能源供應體用於移動的聯網電腦，而且電池在相當低的溫度時就可以發電，且不產生有毒和腐蝕性的物質，因此被認為是耐用可靠的。正因為如此，這種電池完全適合家用。薄膜燃料電池素有「快速啟動電池」之稱，這對經常需要開關和啟動的機器來說尤為重要。
早在1998年春天，德國夫琅禾費協會太陽能研究所在聚合薄膜燃料電池的基礎上，就推出了這樣一種小型電站。由氫推動的樣機的功率為20瓦，為一個筆記本電腦供電的時間，相當一個鉀離子電池的二至三倍。該研究所的科學家烏爾夫‧格羅斯樂觀地認為，如果氫能夠滿足需要，那麼到2005年這個技術就可以走上市場。（本文作者為中國大陸無錫市電子技術應用研究所之高級工程師，已退休）