清潔能源新未來：美國正推動 “高溫質子交換膜燃料電池” 走向市場

碳排放是全球性大問題，世界各國都在面臨的困境，如何減少碳排放則是從國家層面，到能源行業、汽車行業、交通行業等相關領域都在致力解決的問題。

近年來，新能源技術、清潔能源技術獲得了持續不斷的突破。從技術層面上講，要想減少碳排放，減少石油、煤炭等高碳排放能源的使用是行之有效的方法。但是減少石油、煤炭的使用的前提是，不影響人們正常的生產和生活。

換言之，能源供給得跟上。新能源在這些年獲得了突破性的發展，水能、風能、電能等清潔能源越來越成為能源的主流。另一個辦法是開發新能源，以減少碳排放，人類在研發新能源方面有諸多努力，例如建造核電站、核反應堆等等。

不過，在顛覆式的新能源出來之前，透過技術減少碳排放，是最有效的辦法之一。從能源行業這幾年的發展趨勢就可以看出來，清潔能源已經是主流。從交通上說，電動汽車的流行說明新能源對交通行業帶來巨大的震動：傳統車企紛紛研發清潔能源汽車也就是電動汽車。

現在電動汽車普及廣泛，在公共汽車、家用轎車領域，電動汽車佔比越來越高。如果說重型汽車不用汽油和天然氣，而用電池，靠電池驅動，那麼是不是能很大限度地減少碳排放？

美國最近計劃把高溫質子交換膜（HT-PEM）推向市場可行的 HT-PEM 燃料電池，重型車輛配備了 HT-PEM 燃料電池，可以顯著減少溫室氣體的排放。

圖 | 高溫質子交換膜（HT-PEM）（來源：future-orient ）

為什麼實驗室要研發適用重型車輛的 HT-PEM 燃料電池？因為美國運輸業是美國碳排放最多的企業，且貢獻了全球三分之一的碳排放量。解決重型車輛的碳排放問題，就等於解決了溫室氣體排放的關鍵問題。

而傳統的 PEM 燃料電池，工作溫度相對較低，電池對氫燃料雜質的耐受性較低，無法減少車輛的廢氣排放。

由美國 Los Alamos 國家實驗室、Brookhaven 國家實驗室和國家 NREL 實驗室組成的新合作伙伴關係：

將在未來幾年內，將氫和其他可再生燃料轉化為電能的燃料電池，努力把  HT-PEM 燃料電池推向市場。

HT-PEM 燃料電池具有革新重型運輸行業的潛力：可以使船舶使用可再生甲醇、氨氣執行，飛機可以使用二甲醚或氫氣執行，離網發電機可以使用低碳、零碳燃料輕鬆運輸到偏遠地區。

簡單來說，除純氫外，使用任何載氫燃料的能力，都是在減少所需基礎設施在投資方面的重大突破。HT-PEM 燃料電池技術將使重型和其他難以脫碳的應用高效執行，同時使用氫氣、並緩解水管理問題。

Los Alamos 燃料電池和車輛技術專案經理 Rod Borup 表示：“隨著重型運輸行業尋求內燃機的更環保替代品，HT-PEM 燃料電池有望提供一種清潔、高效的替代品。該專案有望改變重型車輛高碳排放的現狀，並有助於加速能源和重型運輸技術的發展，從而實現清潔、零排放的能源未來。”Los Alamos 對專案的貢獻是膜電極元件（MEA）。MEA 的獨特之處在於，它不依賴於水作為導電介質，而是依賴於工程聚合物，該聚合物可以在更高的溫度範圍內可靠執行（80℃至 200℃）。

Los Alamos 科學家 Yu Seung Kim 是汽車 HT-PEM 燃料電池專案的發起人，他告訴媒體：“在高溫操作下，我們可以採用更簡單的設計來製造重型卡車，這使我們可以大大減輕重量。典型的氫燃料電池系統中，最重的部分是儲氫罐，重約 4000 磅，可拖運 350 英里。如果在較高的工作溫度下執行燃料電池，則可以使用高能量密度的液體燃料，並且系統重量可以減少到 2500 磅。”

Kim 團隊將負責透過膜、離聚物、催化劑和氣體擴散層的篩選測試，來證明 MEA 的效能和耐久性。所得的知識將轉移到 NREL，以幫助開發用於 MEA 的批次生產的製造過程。

Brookhaven 實驗室負責開發氧還原反應催化劑，而 Advent 將測試並驗證：在工業製造條件下，能否保持效能和耐用性？

除此之外，並將全尺寸 MEA 組裝成可在商業上使用的燃料電池組。

該專案得到了 DOE 氫與燃料電池技術辦公室的大力資助。透過 L‘Innovator 試點計劃，該計劃目標是讓氫和燃料電池技術，從 DOE 國家實驗室成功走向商業市場。

美國洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）實驗室和相關企業合作，希望他們能如期完成計劃，在未來幾年內，完成 HT-PEM 燃料電池的開發，並把產品成功推向市場，以有效減少碳排放，緩解溫室效應帶來的困擾。目前，相關合作方正在研發 HT-PEM 燃料電池，並且為電池的商業化做準備工作。