燃料电池发展前景及其应用

燃料电池发展前景及其应用 一 . 燃料电池的发展前景 燃料电池发电装置每发电 1000kw/h 排出污染物 1 盎司，而常规燃烧装置为 25 磅。 据统计， 2005 年全球拥有 50 万个固定的（静止式）燃料电池装置，到 2010 年，将有 250 万户家庭使用燃料电池，同时全球拥有 60 万台燃料电池汽车，占 世界汽车生产量的 1%。 2005 年，从事燃料电池开发的公司总投资额已超过 10 亿美元。 预计到 2010 年左右，燃料电池在价格上将具备与内燃机竞争的能力。届时， 美国市场上以燃料电池为动力的机动车将占美国汽车市场 4%的份额，日本和西 欧燃料电池汽车将分别占市场份额的 4.5%和 3.7%，到 2020 年，燃料电池汽车 将占世界汽车市场的 25%。表 1 列出美国新一代运输用汽车市场价值。 表 1. 美国新一代运输用汽车市场价值，百万美元 1998 2000 2001 2002 2007 2002~2007 年 年均增长率， % 燃料电池汽车 混合型汽车 全电动汽车 合计 0.55 2.50 1984.00 1987.05 1.10 198.9 2264.0 2464.0 1.10 453.75 2721.70 3176.55 2.25 719.00 2707.70 3428.95 47.6 2293.0 3627.0 5967.6 84.1 26.1 6.0 11.7 燃料电池汽车市场虽还不大，美国 2002 年为 225 万美元，但后 5 年内，年 均增长率为 84%， 2007 年将达到 4760 万美元。大多数汽车制造商都看好质子交 换膜（ PEM）燃料电池汽车技术，另外，固体氧化物燃料电池在辅助动力应用中 也可望起重要作用。车载燃料电池组件市场现为 12000 万美元，但今后 5 年内， 预计年均增长率为 91%。 据 PricewaterhiuseCoopers（ PwC）公司估计，全球燃料电池市场到 2011 年 将达到 350 亿美元。另据 ABI 公司的保守估计，到 2013 年全球燃料电池市场将 达 380 亿美元。据 SRI 咨询公司预测， 2008 年燃料电池市场约 50 亿美元，到 2013 年预计市场价值将达 456 亿美元。静止式燃料电池市场将从 2008 年 20 亿美元增 大到 2013 年 100 亿美元，便携式燃料电池 2013 年市场将达 250 亿美元，汽车燃 料电池市场将从 2008 年 6 亿美元增大到 2013 年 100 亿美元。 二 . 使用各种燃料的燃料电池应用现状 目前，世界化学品生产商塞拉尼斯公司、杜邦公司、巴斯夫公司、 Methanex 公司，燃料电池开发商 Ballard 动力系统公司、国际燃料电池公司以及汽车生产 商戴姆勒 -克莱斯勒公司、福特汽车公司、现代汽车公司、大众汽车公司等都纷 纷联手开发燃料电池和燃料电池汽车。按燃料电池所用原始燃料的类型，大致分 为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油 燃料电池。 1. 氢燃料电池 通用汽车公司已研制成功使用液氢燃料电池产生动力的零排放概念车“氢动 一号”，该车加速快，操作灵活，从 0~100km/h 加速仅 16 秒，最高时速可达 140km/h， 续驰里程 400km。空气产品公司、普拉克斯公司作为领先的液氢供应商，其供氢 站已经可为氢燃料电池汽车供应 24~34MPa 的液氢。 2003 年 4 月林德公司为德国 Adam Opei 公司建造了世界上第一座 70MPa 氢 气充气站，这标志着以氢气为动力的汽车社会进入一个重要的里程碑。与常规的 35MPa 系统相比， 70MPa 技术有较高的贮氢密度，可复盖燃料电池汽车 60%~70% 的范围。这一技术进展使燃料电池汽车行驶里程可超过 400 km，这是推广使用 以压缩氢为动力的汽车最重要的前堤之一。设置于德国多登赫芬 Opel 试验中心 的这套充气站，由林德公司设计和建造，它可将氢气供给 Opel 燃料电池汽车。 该充气站由 10000 升液氢罐藉林德设计的下游蒸发器向汽车供氧，该液氢罐供氢 速率为 40 立方米 /分钟，可使汽车在约 3.5 分钟内充满。带有优化动力消耗的智 能压缩技术，每压缩一标准立方米氢气仅耗用动力 0.18 kwh，该数值大大低于其 他各种充气站。 汽车贮氢罐充气程序符合高度的安全标准。 截止 2005 年 9 月 ，戴姆勒 —克莱斯勒公司生产的 200 辆燃料电池汽车已行 驶于欧洲及美国、日本和新加坡的街头。 壳牌公司氢气公司与通用汽车公司合作，于 2005 年初在北美华盛顿现有一 零售汽油加油站投用了第一个充氢站，采用了空气产品和化学品公司 200 系列液 氢充装技术， 6 台通用公司 Hydrogen3 燃料电池汽车已首次在此加氢。 雪佛龙德士古技术公司（雪佛龙德士古公司子公司）于 2005 年 5 月在美国 奇诺（ Chino）现代 -起亚美国技术中心，投用了第一座雪佛龙氢能站。该项目是 美国能源 部氢能技术 5 年计划的一部分。新的注氢站为现代 5 辆 Tucson 和起亚 Sportage 燃料电池汽车加注氢气，这些燃料电池汽车采用质子交换膜（ PEM）技 术。燃料电池动力为 80kw，可在严寒环境下行驶。 陶氏化学公司与通用汽车公司（ GM）合作，在美国得州自由港石油化工企 业建设了大型燃料电池发电系统，生产 1MW 电力，该燃料电池项目最终可供应 35MW 电力，占陶氏化学公司该生产地所需电力的 2%。可大大提升氢气的利用 价值。成为迄今最大的商业化燃料电池应用设施。陶氏化学公司从自由港提供副 产的氢气以驱动该燃料电池，该燃料电池的 投用减少了排放污染，并与其他能源 供应展开竞争。 荷兰 NedStack 公司建造 200Kwe（峰值）燃料电池发电模块，用以与阿克苏 -诺贝尔碱化学品公司（鹿特丹）氯碱装置生产相链结，燃料电池耗用电解槽副 产的氢气，并产生电力供电解装置使用，该设施定于 2005 年 10 月投用。此概念 己于 2005 年 1 月获得验证：燃料电池运行采用阿克苏 -诺贝尔公司中型电解装置 的氢气，在实际寿命条件下，发电效率达到 61.8%。该 PEM（质子交换膜）型 燃料电池设计的连续工作时间为 40000小时（不用维修），汽车应用为 3000小时。 NedStack 公司还在设计更大的燃料电池发电模块，可发电 50MW（峰值为 200MW），预计 2007 年建成。另外，意大利 Uhdenora 公司和美国 Nuvera 燃料 电池公司开发的模块式燃料电池系统，也可望使用氯碱装置过剩的氢气发电。目 标是减少装置电耗约 20%。该燃料电池系统己开始进行试验验证。 鉴于燃料电池携带纯氢成本高、安全性差、汽车一次补充燃料行车里程短， 且纯氢贮存、运输比较困难，许多公司正在发展与燃料电池配套的贮氢技术。 能源转换设备公司开发了基于氧化镁固体的贮氢系统，该系统可在约 300℃ 下释放出氢气，这种材料的氢密度为 103g/l，而液氢密度为 71g/l，利用这种贮 氢罐可使燃料电池汽车行驶 482km。 千年电池公司也开发出基于硼氢化钠的化学贮氢技术， 30%硼氢化钠水溶液 与催化剂接触，可产生氢气和硼酸钠副产物。其贮氢密度也可与液氢密度相比拟， 30%的溶液中氢密度为 63g/l。 丰田汽车公司开发的“ FCHV3” 燃料电池汽车采用氢吸附合金供氢方式， 配备镍氢电池发动机驱动系统。该车最高时速可达 150km，续驰能力在 300km 以上，燃料电池输出功率高达 90kw。 日本马自达公司也推出“ DEM10-FCEV” 燃料电池汽车，以氢为燃料，在 车厢后部载有 8 个可容纳 1.5m3（ 0℃， 0.1MPa）的氢吸附合金容器，每个容器 外形尺寸为 540mm× 70mm× 110mm。最高时速可达 140km，燃料电池最大输出 功率为 50kw。该车每次充满氢气可行走 170km。 壳牌氢气公司与美国能源转换设备公司成立贮氢系统合资企业，开发固体氢 化物贮氢技术并实现商业化，车载贮氢罐提供氢燃料的燃料电池汽车巳推向市场。 BP 公 司 作 为 全 球 氢 燃 料 示 范 项 目 主 要 参 与 者 ， 在 中 国 的 首 座 加 氢 站 于 2006 年 投 入 运 行 。 BP 与 中 国 签 署 合 作 协 议 ， 参 与 了 中 国 的 氢 燃 料 汽 车 示 范 项 目 。 2 0 0 5 年 下 半 年 ， 其 氢 燃 料 电 池 汽 车 示 范 运 行 活 动 首 先 在 北 京 、 上 海 两 地 进 行 。 这 两 地 将 各 采 购 6 辆氢燃 料 电 池 公 共 汽 车 进 行 运 行 ， 目 标 是 使 12 辆 车 运 行 里 程 达 到 1 6 0 万 公 里 。 目 前， BP 在 全 球 每 天 约 生 产 5 0 0 0 吨 氢 ， 其 中 包 括 1300 吨高 纯 度 氢 。 未 来 在 华 落 地 的 加 氢 站 将 是 在 氢 能 民 用 化 、 商 业 化 方 面 的 一 种 尝 试 。 早 在 2004 年 5 月， BP 就 在 位 于 新 加 坡 的 一 个 零 售 加 油 站 成 功 增 加 了 加 氢 设 备 ， 使 得 该 公 司 成 为 全 球 首 个 在 传 统 加 油 站 提 供 环 保 氢 燃 料 的 公 司 。 上海同济大学、壳牌氢能公司和壳牌（中国）有限公司三方已签署协议，共 同建造上海首座固定加氢站，为使用燃料电池的汽车提供加氢服务。同济大学与 壳牌将在上海国际汽车城建造这座新的加氢站，由双方共同进行设计、建造。维 护和运营。加氢站内还设有一个有关氢能经济的信息中心。这座加氢站将于 2006 年底建成，是国家科技部发展电动车的国家级项目的一部分。 2006 年，上海将 有 10 辆使用燃料电池的汽车投入运营，并计划于 2010 年增加到 1000 辆，其中 包括全球环境基金通过联合国开发计划署资助的使用燃料电池的公交车。面对全 球石油资源日益 紧张的形势，建立首座固定加氢站对于上海实现氢能利用的长远 目标是重要的一步。壳牌正在世界范围内创建多个“灯塔项目”的战略，“灯塔 项目”以 4 个或更多的加氢站为一组，由壳牌和其他能源公司以半商业化方式运 营，通过政府与企业合作，为 100 多辆燃料电池汽车提供加氢服务。 2. 甲烷燃料电池 使用甲烷（天然气）作为燃料电池的燃料可避免贮氢和补充氢燃料的后勤问 题。但是，在燃料电池的阳极直接氧化甲烷还很困难。在固体氧化物燃料电池中， 如工作温度超过 800℃，会发生碳质沉积物污染电极问题，如温度低于 800℃， 则会降低功率密度。美 国西北大学和宾夕法尼亚大学采用改进固体氧化物燃料电 池性能的方法，在镍系阳极中加入氧化钇并掺杂二氧化铈形成多孔电极，仅 650℃ 就能达到很高的功率密度，这样的温度也不会引起碳沉积问题。 利用蒸汽转化在约 500℃下由甲烷生产氢气时，由于热动力学平衡限制，甲 烷只能分解 40%左右，若将温度提高到 1000℃以上，分解可提高到近 100%，但 产生大量 CO2 副产品。日本东京技术研究院开发了可使甲烷完全分解而无 CO2 副产品的工艺技术，该工艺在 500℃以下及低于 0.1MPa 压力下进行。甲烷在氧 化硅载体的镍催化剂上分解为氢气和碳， 碳形成细粉末可回收。产品气体含氢约 40%，通过金属氧化物，如 Fe2O3 和 In2O3，氢可使氧化物还原为金属。这样， 在 300℃左右，用蒸汽可使金属重新氧化得到大量纯氢。它可安置在燃料电池车 辆上为燃料电池提供氢气。它不产生 CO2，与常规的甲烷转化技术相比具有经济 上的优点。 Energex 公司开发了天然气膜法脱氮用于燃料电池的技术。该系统将天然气 预处理后送入催化转化器产生氢气供磷酸燃料电池使用。在转化器中，如氢转化 成氨，它会与酸反应，缩短燃料电池组合块寿命。脱氮系统采用空心纤维膜，在 由微孔聚丙烯支撑的结构上涂覆 0.5μ m 厚聚硅烷，形成气体分离阻档层阻止 N2， 第一套工业化装置处理的气体己供应给 Omaha 公司的四台 200kw 燃料电池组运 行。氮的减少可使该燃料电池组寿命延长四倍，达到 6 年。更换燃料电池的费用 为 2500 美元 /kw，而降氮费用小于 600 美元 /kw。天然气的含氮量从 8.5%减小到 6%即可满足用户要求。该公司拟建的大规模系统可将粗天然气的含氮量减小到 任意的管输规格。 3. 甲醇燃料电池 戴姆勒 -克莱斯勒公司、巴斯夫公司、 BP 公司、 Methanex 公司、 Statoil 公司 和 Xcellsis 公司联合将甲醇燃料电池汽车 推向商业化，开发了以甲醇为燃料的燃 料电池汽车 —NECAR 5。甲醇是一种理想的液体贮氢介质，在常温下为液体， 可像汽油或柴油燃料一样运输、贮存和处理。甲醇转化制氢所用的催化剂为巴斯 夫公司提供的氧化铜催化剂和其他金属氧化物催化剂。在甲醇和水混合进入转化 器后，高活性的催化剂可使甲醇转化产生大量氢气，工作温度为 200~350℃。 NECAR 5 的推出，标志着甲醇燃料电池技术向商业化迈出了重要一步。 戴姆勒 -克莱斯勒公司推出的 NECAR 5 汽车堪称是燃料电池技术的里程碑。 这种燃料电池动力汽车在美国已完成了 3000 英里行 车试验。 NECAR 5 汽车于 2002 年 5 月 20 日离开旧金山，穿越了内华达山脉和落矶山脉进入华盛顿，这一 验证性行车是燃料电池动力汽车第一次经过各种地带的长距离行车，包括长时间 的高温和气温超过 32℃的工作环境。 NECAR 5 是戴姆勒 -克莱斯勒公司开发的第 5 代燃料电池汽车，由 Ballard 燃料电池驱动系统带动，该系统包括车载甲醇转 化器，转化器从液体甲醇抽取氢气驱动燃料电池。汽车主体为 Mercedes-Benz A 级类型。在穿越美国的行车试验中，汽车每 300 英里用克莱斯勒分配器配给的甲 醇补加一次燃料。甲醇由 Methanex 公司提供。 第一座支撑甲醇动力燃料电池汽车的甲醇加注站已在加州萨克拉门托对外 营业。该站由加州燃料电池联合体（ CaFCP）运作。该站设计采用了包括瑞典 Identic 公司开发的加注新技术，系统包括防虹吸设施和汽车与燃料喷嘴之间的固 定闭锁器。甲醇贮存在 2000 加仑的双壁罐内。现在，西萨克拉门托地区己运营 8 家汽车生产商生产的 16 台燃料电池动力车。加注站由甲醇燃料电池联盟设计 和建设。甲醇燃料电池联盟是包括 CaFCP 成员： Methanex、戴姆勒 -克莱斯勒、 BP 和 Ballard 动力系统公司，与 Statoil 公司 和巴斯夫公司组成的工业集团。 杜邦和英国的 CMR燃料电池公司分别开发高性能直接式甲醇燃料电池技术。 该项技术可从燃料电池就地发电，而无需单独的转化器将甲醇转化为氢气。其已 生产出直接甲醇燃料电池的样机，其大小为目前用于便携式电子设备的标准电池 的 1/10，成本为 1/5。这种燃料电池的工作时间，比笔记本电脑和其他电子设备 中的常规电池要长 4 倍。而且，该燃料电池可以用甲醇进行即时充电。 CMR 的 新型燃料电池，是基于一种将空气与燃料混合的新型电池组。在此之前，电池组 依赖于空气和燃料的完全分离。杜邦公司第 4 代（ Gen IV） 燃料电池技术是新一 代膜电极组合体（ MEA），可提高直接式甲醇燃料电池的性能。该 MEA 发电量 比普通 MEA 提高 20%，工作时间增加一倍以上，所需催化剂大大减少。新型 MEA 的性能大大提高，可以使其成为更有成本效益的燃料电池系统。 韩国 LG化学公司成功开发出便携式甲醇燃料电池， 2005年投入规模生产。 据悉，该燃料电池的使用寿命超过 4000 小时，比其竞争对手开发的产品寿命长 8 倍。 LG 化学开发的是一种体积小的微型电池，电池的甲醇燃料容量小于 1 升， 质量小于 1 千克。它易于携带，适用于微型电脑或为其他电子装置供电。一个容 量约 200ml 的甲醇燃料贮存器可供 25W 的微型电脑使用 10 个多小时，是世界上 同类产品中电力输出功率最大的系统。特别是它适用于便携式多媒体播放、数字 多媒体播音、电话和微型电脑等一些采用 USB 接口供电的装置。由于这些电子 装置对电力的要求增加，该公司打算进一步开发能产生 5W－ 50W 电力的多种燃 料电池，以拓宽其应用范围。 索尼公司通过应用更有效的电解膜提升直接甲醇燃料电池（ DMFC）功能取 得进展。据悉，该电解膜是碳笼烯衍生物和粘合树脂的结合物。据报道，与现有 的电解膜比较，这种新电解膜可使甲醇渗透性减少 1／ 5 至一半，从而 提高了燃 料电池的发电量。所谓的甲醇渗透就是甲醇通过电池另一侧与阴极处的氧反应产 生热而不是发电，因此会导致燃料电池功能减退。在室温条件下，采用这种新膜 的实验室 DMFC 模型的动力输出密度已达 100MW／ cm2，这是当今世界的最高 水平。 另据报道，日本可乐丽公司研究的用于直接甲醇燃料电池的高功能烃基电 解膜获得成功。可乐丽采用其专有的氢化苯乙烯类弹性体和纳米膜技术，可在发 电时限制甲醇透过量仅为传统氟基电解膜的 40％，从而将最大输出功率提高了 1.6 倍以上。由于这种 DMFC 能量密度高而且装置紧凑，故它将是便携式终端装 置 用的下一代电力来源。 我国山东理工大学山东省清洁能源工程技术研究中心 2003 年初研发成功 具有原始创新性和自主知识产权的直接甲醇燃料电池。该研究中心提出模拟生物 酶燃料电池催化剂的思路，采用廉价、性能高的模拟生物酶代替当今燃料电池中 使用的价格高、资源受限的铂催化剂研制成这种新型燃料电池，并在实验室发电 成功。其工作原理是直接将甲醇和水的混合物送至 DMFC 阳极，发生电催化氧 化反应生成 CO2，并释放出电子和质子，电子从阳极经外电路转移至阴极形成直 流电。其工作温度范围可从室温到 135℃。 目前世界甲醇市场供过于求，但甲 醇可望成为未来环境友好的燃料电池燃 料。据预测，燃料电池将为 2010 年甲醇需求增加 70 万吨、 2015 年增加 850 万 吨、 2020 年增加 6000 万吨。从长期看，燃料电池工业将为甲醇工业提供巨大的 发展潜力。 4. 乙醇燃料电池 美国明尼苏达大学开发了具有商业化潜力的反应器，该反应器可从乙醇制取 燃料电池用氢。如果被确证，这可望首次从可再生资源生产氢气，而不是从烃类 或甲醇生产氢气。该工艺过程对于主要为液体燃料贮存的小型便携式燃料电池， 可低费用地产生氢气。 乙醇和水在一个汽车燃料用喷射器中混合后，藉铑 -二氧化铈氧化生成氢气和 二氧化碳，该反应是有吸引力的，因为氢气可从乙醇和水获取，潜在产率可望提 高。该过程在现有乙醇价格下具有竞争性，并且可望使用未经脱水就可用作燃料 的较廉价的乙醇。 可再生资源制氢的其他方案吸引力则小得多，从葡萄糖制取氢气业已经验证， 但产氢的选择性仅 50%，又需较长的反应时间。生物柴油（菜子油衍生的脂肪酸 甲酯）也可望应用，但高的油价限制了其经济性。在今后几年内，乙醇生产费用 可望下降，因为正在致力于直接从低价值生物质而不是从谷物糖来生产。 如果乙醇被用来生产氢气而不是作为燃料被燃烧，则整个 过程效率可提高 3 倍。研究人员可望利用贮藏在谷物糖中的 50%能量，而乙醇在汽车中燃烧，仅能 利用其能量的 20%。研究人员正在改进技术以提高产氢率。乙醇制氢燃料电池的 初期应用市场可望包括偏远地区用以替代电力。 5. 汽油燃料电池 通用汽车公司和丰田汽车公司均致力于汽油燃料电池的开发。该技术从清 洁碳氢化合物燃料的汽油中制取氢气，采用这种制氢方式的燃料电池优点是采用 含硫少的清洁燃料，可延长燃料电池自身寿命，并且容易维修。由于使用汽油， 现有的汽油加油站也能得到充分利用。同时其能量利用效率较高，内燃机效率为 15%，汽油燃料电池可高达 22%~32%；排放 CO2 也较少，内燃机排放 CO2 为 220g/km，而汽油燃料电池为 110~140g/km。 通用汽车公司和埃克森美孚公司开发了汽油为燃料的燃料电池高效转化器， 可产生高质量的氢气用以驱动燃料电池。现己完成汽油转化器集成系统的验证， 该燃料电池组可产生 25kw 动力。雪佛龙德士古公司也和通用汽车公司多年来合 作研究开发汽油型燃料电池汽车。 2001 年 8 月，通用汽车公司首次推出第一台 汽油燃料电池推进系统： Gen Ⅲ，该系统已装配在 Chevrolet S-10 货运卡车上。 燃料电池所用 能源的重要一环是供应超清洁燃料。使柴油和汽油中的硫减少 或去除是清洁燃料研究中最严峻的挑战之一，也是美国实施“ 21 世纪梦想”能 源计划重要的组成部分。美国能源新法规要求汽油含硫从 350μ g/g 减小到 30μ g/g，柴油含硫从 500μ g/g 减小到 15μ g/g， 2006 年实施。法规还要求减少燃料 中芳烃含量。降低燃料尤其是车用柴油和汽油中的硫含硫是很棘手的问题。 大多数炼油厂都建有催化裂化（ FCC）装置，将重质馏分转化为石脑油和轻 循环油（ LCO），分别用以生产汽油和柴油。它们作为主要的燃料调合料含有大 量硫。各种脱 硫工艺可用于 FCC 之前、 FCC 之中或 FCC 之后去除硫。这些工艺 过程需要催化剂和氢气，在高温和高压下反应，噻吩环被加氢，然后使硫成为 H2S 被汽提掉。典型的催化剂为含少量促进剂金属如钴或镍的二硫化钼。要满足 新的燃料规范存在许多复杂因素，既要去除硫又要保持汽油必要的高辛烷值是很 辣手的课题。 另一问题是随着成品汽油和柴油中允许含硫量的降低，而可用原油平均含硫 量却在增高，燃料电池要求使用更严格的清洁燃料，液体烃燃料含硫应小于 1PPb， 才能避免毒害燃料加氢催化剂和燃料电池电极催化剂。 业已开发的现有技术虽可去除大量硫， 但其余的噻吩化合物尤其是 4,6-二甲 基二苯并噻吩去除很困难。开发新型催化剂或工艺过程才能有效地去除这些化合 物，使硫去除以满足未来燃料规范尤其是柴油规范的要求。 正在开发的清洁燃料生产技术是称为选择性吸附脱硫（ SARS）的工艺，该 工艺使用基于过渡金属的吸附剂，负载在多孔固体载体上，如 MCM-41 硅铝酸 盐分子筛。它与使噻吩催化脱硫的方法不同，该工艺可在低温和常压下使硫选择 性地从金属原子上脱除，而需要的不含硫的芳烃如烷基苯和萘则予以通过。 SARS 工艺不使用氢气，为此烯烃和其他芳烃不被加氢。氢可用于其他用途，如驱动 燃 料电池。该吸附剂在被饱和之前，可净化 10 倍于其体积的燃料，一旦吸附剂被 饱和，硫化物可用极性溶剂洗涤使之除去，吸附剂可以回用。 燃料电池用氢气除了要低含 CO 外，也必须从低含硫的烃类物流制取，因为 硫会毒害现有燃料电池系统所用催化剂。虽然某些来源的烃类低含硫，如处理过 的天然气、甲醇、天然气合成油（ GTL）和二甲醚（ DME），但日本国家先进工 业科学技术研究院（ AIST）的研究人员认为，超低硫汽油（ ULSG）也可望成为 较好的氢源。根据这一理念， AIST 的研究人员正在开发新的加氢处理催化剂， 以用于生产超低硫汽油（ ULSG）。这种催化剂由钯 -铂合金（ Pd： Pt=4： 1）的纳 米颗粒组成，负载于不稳定的 Y 型分子筛上，并用镱（ Yb-USY 分子筛）使之稳 定。在实验室试验中，进料采用含硫为 60μ g/g 的汽油，含硫成份主要是噻吩， 如苯并噻吩和其他硫化物，如硫醇、硫化物和二硫化物。使用固定床加氢处理， 操作条件为 280℃ 、液时空速（ WHSV）为 4~16。该催化剂的脱硫效率为 98%， 可使硫含量减少到 0.12μ g/g。最后再用吸附步骤使其硫含量减少到约 20PPb， 则可使该燃料用作燃料电池的氢源。脱硫反应已连续运转了 75 个小时。因为芳 烃和烯烃 在该反应中已基本上被饱和，因此生成的超低硫汽油（ ULSG）不含硫 醇，硫醇通常由 H2S 和烯烃再组合才能生成。 AIST 研究人员正在为使该技术推 向商业化继续工作。 大多数主要的石油公司都在开发少投资的脱硫方法，以满足新的燃料法规， 这些方法包括新催化剂配方的开发、指定反应和工艺条件、设计新的反应器或者 开发基于吸附、氧化、膜分离、生物技术或离子液体的全新的工艺，这些方法中 的有一些可望应用于炼油厂生产超清洁燃料，它们也将作为美国“ 21 世纪梦想” 能源计划的炼油厂技术脱颖而出。 三 . 我国研究开发进展 我国 2 类碱性石棉膜型 氢氧燃料电池系统通过了航天环境模拟试验。国家 已将质子交换膜燃料电池列为重点攻关项目，以大连化学物理所为牵头单位，在 国内全面开展了质子交换膜燃料电池的材料和电池系统的研究，并组装了多台各 种功率（ 1kw~25kw）的电池组和电池系统，达到了电动车动力源的要求。以纯 氢为燃料的 5kw× 6=30kw 质子交换膜燃料电池为动力的中巴车也试运成功。大 连化物所 5 kw 级甲醇自热转化氢源系统与燃料电池一次联试也取得成功，集成 的转化氢源系统和转化气燃料电池技术标志着我国在甲醇自热转化氢源系统和 转化气燃料电池的研制方面取得了突破性 进展。在 6 个多小时的的联试过程中， 氢源系统及燃料电池系统的工况均正常稳定，甲醇转化气中 CO 浓度为 3× 10-5 左右，氢气含量达到 53%，燃料电池输出功率始终维持在 5~5.2 kw 之间。联试 结果不仅证明了燃料电池的抗 CO 能力很好，而且采用燃料电池尾气作为制氢系 统的燃料气，实现了全系统的能量平衡和优化利用。 由全球环境基金、联合国开发计划署和中国政府共同支持的 “中国燃料电池 公共汽车示范项目 ”，于 2003 年 3 月启动，历时 5 年在北京和上海示范。根据两 地地域和资源特点，设计出燃料电池公共汽车系统技术指标后，采用全球招标 的 方式购置 12 辆燃料电池公共汽车，并建立相应加氢设施。在示范运行中，将系 统采集和分析各种试验数据，验证燃料电池公共汽车技术可行性，进一步改进设 计，降低成本，最终推动燃料电池公共汽车在中国产业化和推广应用。 上海研制的第二代燃料电池轿车 超越二号 的台架车已通过专家组的验收， 并试装 桑塔纳 3000 型 车身，整个试装过程在 2004 年 5 月完成。 超越二号 在北 京的国际氢能大会上露面。装载第一代燃料电池发动机的 超越一号 于 2003 年 8 月问世。据介绍，第二代燃料电池动力系统与第一代系统相比更加灵巧和有力 — 总重量减少 到 320 千克，轻了 100 多千克，体积缩小 30％以上，功率则提升了 20％～ 25％，预计最高时速为 118 公里。 由我国自主研制的燃料电池城市客车和戴姆勒 —克莱斯勒公司生产的燃料 电池公共汽车， 于 2004 年 5 月 驶上北京街头，把参加第二届国际氢能论坛的与 会代表送达人民大会堂会场。 我国 巳 先期购买戴姆勒 —克莱斯勒公司的 3 辆燃料电池公共汽车，在北京做 商业化示范。