明日的能源──直接甲醇燃料電池

■撰文：黃俊峰

汽車工業是世界上僅次於石化工業的第二大產業。目前，幾乎所有的汽車都以汽油、柴油為燃料，傳統汽車不僅消耗了大量的石油資源，並且汽車所排放出來的有毒物，如碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）、一氧化碳（CO）等有毒氣體，造成了大氣的污染。

為解決上述問題，世界各國制訂汽車排放標準，以降低汽車排放的有害氣體含量，並從汽車污染氣體產生的原因及改善的方式著手，諸如防止污染氣體的產生，如電腦噴射引擎、改良引擎的設計、點火裝置改良等；另一方面，消除已產生的污染氣體，如觸媒轉換器、後燃裝置、二次空氣導入等。

但幾乎沒有十全十美的方法可以使污染氣體不發生，而且減少污染氣體都會使引擎動力降低、增加耗油量，所以，真正的關鍵在於開發新的燃料來取代化石燃料（Fossil Fuel），開發「零污染」排放的電動汽車來取代目前的內燃機汽車，是汽車未來發展的趨勢之一。

直接甲醇燃料電池系統

燃料電池是一種將燃料的化學能不經過燃燒而直接轉換成電能的一種電化學裝置，只要不斷供給燃料就能連續不斷地提供直流電。由於沒有燃燒過程，所以避免了基本效率的損失和內燃機燃燒所引起的空氣污染物。僅僅在最近的幾十年間，人們才瞭解到燃料電池使用在運輸部份有較高效率的潛力和接近零排放物的優點。

現今，甲醇（CH3OH）已經是一個重要化學日用品，且甲醇水溶液為液態，容易運送儲存，適用於現有的石油配送管路系統。汽車製造商從事於零污染的汽車，利用質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells；PEMFC）的技術和甲醇重組器，而發展出所謂間接甲醇燃料電池，但甲醇重組器使用在燃料電池車輛上，產生許多技術與成本上問題。因此，越來越多汽車製造商集中研究發展直接類型燃料電池，使用例如CH3OH或者它的衍生燃料。

在可供應的若干種類燃料電池系統中，以PEMFC的工作溫度低、起動快、結構簡單和操作方便等優點，被公認為最有希望成為電動汽車的化學電源，但由於其燃料（氫）來源、運輸和儲存等還存在許多困難，所以目前以PEMFC為基礎，使用質子交換膜為電解質，直接供給液態的甲醇水溶液，以取代原本供給的氫氣，此燃料電池即為直接甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cells；DMFC）。

＜插入表1＞

引領未來新主流

燃料電池是未來發電市場的主流，將取代各種具污染性的發電機和內燃機。因為發電方式簡單，所需的體積也比傳統的內燃機引擎空間小很多，加上效率高、污染物排放低、工作溫度低，故大大提升它的運用範圍，尤其適合移動能源，如筆記型電腦、行動電話等3C產品，因此被視為解決溫室效應、空氣污染和能源開發的對策之一。

目前燃料電池在國外的發展已經相當成熟，並且將邁入商業化階段，世界各國都積極投入這方面的研究，世界知名汽車大廠也都投入其中，運用PEMFC及DMFC成功的驅動公車和小客車，隨著電動汽車的需求日益增加，因此燃料電池的產業化勢在必行。

今日的努力，明日的能源

依世界能源協會的統計，化石燃料日益枯竭，需要有替代性燃料做為車輛動力的來源。以現今石油消耗速度來看，地球石油儲量頂多只能再用40至50年。據經濟部能源委員會統計，國內自產能源有限，有97％的能源仰賴進口供應，且每年能源需求仍持續成長，而其中一項重要因素為車輛成長的快速。

另外，各種機動車輛所排放的污染物已造成全球環境的改變，如溫室效應、酸雨、臭氧層破壞等，同時亦危害人體的健康。因此世界各國積極研究尋求其他清潔的能源技術，如太陽能電池汽車、鉛酸電池電動車、鎳氫電池電動車等，但燃料電池的技術則在很多能源替代技術選擇中脫穎而出，成為全球矚目的焦點，各國努力的方向。

目前台灣在燃料電池的研發及應用上已較許多先進國家落後，為迎合世界環保產業的發展趨勢，並提昇我國的技術水準，急需結合產、官、學界的力量，急起直追。並為了使社會大眾能夠進一步瞭解燃料電池的發展現況，進行燃料電池發展現況之研討，以及展示燃料電池電動小客車、電動巴士、電動自行車等清潔能源車輛，都是不可或缺的活動。希望藉由這些最新的環保趨勢及清潔能源車輛的介紹與宣導，能讓社會大眾認識及體認環境保護的重要性，並進一步支持清潔能源車輛的研究發展與推廣。（本文作者為南台科技大學機械工程系碩專研究生）