燃料电池汽车的环境意义

　　1燃料电池简介燃料电池是把化学反应的化学能直接转化为电能的装置。与一般电池一样，燃料电池是由阴极、阳极和电解质构成。给出了典型的（单个）燃料电池的构造。

　　在阳极（负极）上连续吹充气态燃料，如氢气，而阴极（正极）上则连续吹充氧气（或空气），这样就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流。

　　燃料电池之所以越来越受世人瞩目，是因为它具有其它能量发生装置不可比拟的优越性，主要表现在效率、洁净Q理论上讲，燃料电池可将燃料能量的90%转化为可利用的电和热。磷酸燃料电池设计发电效率42%（HHV），目前接近46%.据估计，熔融碳酸盐燃料电池的发电效率可超过60%，固体氧化物燃料电池的效率更高。这样的高效率是史无前例的。而且，燃料电池的效率与其规模无关，因而在保持高燃料效率时，燃料电池可在其半额定功率下运行。

　　普通火力发电排放的废弃物有颗粒物（粉尘）、硫氧化物（SOX）、氮氧化物（NOX）、碳氢化合物（HC）以及废水、废渣等。燃料电池发电排放的气体污染物仅为最严格的环境标准的十分之一，温室气体CO2的排放量也远小于火力发电。燃料电池中燃料的电化学反应副产物是水，其量极少，与大型蒸汽机发电厂所用大量的冷却水相比，明显少得多。燃料电池排放的废水不仅量少，而且比一般火力发电排放的废水清洁得多。因而，燃料电池不仅消除或减少了水污染问题，也无需设置废气控制系统。由于没有象水力发电那样的噪音源，燃料电池发电的工作环境非常安静。又因为不产生大量废弃物（如废水、废气、废渣），燃料电池发电厂的占地面积也少。

　　燃料电池的环保性是使其具有极强生命力和长远发展潜力的主要原因。

　　燃料电池的种类很多，分类方法也有多种。最常用的分类方法是根据电解质的性质，将燃料电池划分为五大类，碱性燃料电池AFC（AlkalineFuelCell）、磷酸燃料电池PAFC（PhosphorousAcidFuelCell）、熔融碳酸盐燃料电池MCFC（MoltenCarbonateFuelcell）、固体氧化物燃料电池SOFC（SolidOxideFuelCell）质子交换膜燃料电池PEMFC（Proton表1主要燃料电池及其特性电池类型碱性燃料电池质子交换膜燃料电池磷酸燃料电池熔融碳酸盐燃料电池固体氧化物燃料电池简称电解质磷酸电解质形态液体固体液体固体阳极阴极工作温度约应用空间，机动车电站，机动车辆，便携式电源共发电，机动车，轻便电源共发电目前常用的是杜邦（DuPont）公司生产的Nafion系列膜和道尔（Dow）公司生产的Dow月莫。

　　氧化钇稳定的氧化锆。

　　2燃料电池汽车的发展最早用于电动机动车的燃料电池是AFC.地球上第一辆燃料电池动力车是1959年由美国威斯康新（Wisconsin）州爱利斯。查尔摩斯（Allis Chalmers）制造业公司制造的拖拉机。它的燃料电池重917kg，输出电压750V，功率15kW，使用氢气和氧气，以石棉基质固定液态KOH电解质。1967年通用汽车公司制造了6座位AFC动力客车并同时试验液化气体储存的可能性。总结报告称其性能与通用公司汽油燃料型汽车相似〔5.1970年，卡尔。科尔迪什（KarlKordesh）博士个人组装了世界上第一辆在公路上行驶的燃料电池动力轿车是AFC/蓄电池混合型。AFC―蓄电池混合系统安装在AustinA40型四座位轿车上。蓄电池提供加速和爬坡动力，压缩氢气瓶容量可供行驶300km，车速75~80km/h―1W. 70年代中期，能源研公司（ERC）就设想以PAFC做为电动车推进电源，并以甲醇和丙烷重整制氢。1977年洛斯拉莫斯国家实验室（LANL）制造了试验车。80年代PAFC技术达到了较高水平，90年代初期，PAFC装备了几辆电动车主要是公共汽车。

　　量、成本等多方面综合考虑，PEMFC最适合电动机动车技术。

　　在1998年初的法兰克福汽车博览会上，戴姆勒燃料电池动力汽车。戴姆勒一奔驰的NECAR3型和丰田的FCEV型，都以PEMFC为动力，使用甲醇为燃料，车上重整。福特（Ford）汽车公司也声称将在2000年推出P2000型燃料电池汽车，以压缩氢气为燃料〔6.美国《未来学家》2000年7―8月号刊登了乔治华盛顿大学专家对21世纪前10年内十大技术发展趋势的以预测，预期燃料电池汽车将在2004年上市。

　　目前，制造燃料电池动力机动车的技术在世界范围内进行开发，主要集中在PEMFC技术上。大多数项目由政府资助。表2是一部分90年代开始，预计在2000年前完成的燃料电池动力机动车计划。

　　表2燃料电池在机动车上的应用国家开发商应用燃料电池功率燃料开始时间比利时电力能源巴士比利时零污染排放汽车出租车德国戴姆勒一奔驰轿车德国戴姆勒一奔驰迷你巴士（续表2）国家开发商应用燃料电池功率燃料开始时间德国戴姆勒一奔驰巴士德国戴姆勒一奔驰轿车德国西门子潜艇德国西门子叉车德国西门子巴士加拿大保拉德巴士加拿大保拉德巴士美国能源伙伴轿车美国国际燃料电池军用车美国氢电力巴士美国乔治城大学巴士美国通用轿车曰本丰田轿车曰本马自达轿车氢化物意大利安萨尔多客轮意大利安萨尔多巴士3燃料电池汽车的环境意义从1950年到1994年，地球的人口增加了一倍，而汽车拥有量增加了七倍〔7.在北美、西欧和日本汽车的年增长率将稳定在1%，但行驶里程的年增长率要大得多，美国将达到4%.在有些国家，汽车拥有量的增长将是爆炸性的。据估计〔7，到2010年中国汽车拥有量将是1990年的90倍，同期印度也将达到35倍。在这20年间，世界汽车总量将从4亿辆增加到8亿辆。

　　人类面临的一个紧迫问题是如何清除快速增长的庞大的汽车家族对大气的影响。电动汽车一直被认为是解决机动车污染的一个途径，也做过许多尝试，结果总的来说不令人满意。主要症结在于做为电动汽车动力源的充电电池的功率密度低，不能满足汽车性能的要求，其电力推进系统的功率比使用化石燃料的热机（内燃机、柴油机）要低得多。

　　汽车尾气是一个巨大的流动污染源，占总气体污染物的一半以上，并有增加趋势。因而，控制汽车尾气对改善环境质量有着重大的意义〔89.汽车的管制性排放物，如CO，NOx和挥发性有机物（VOC），是影响空气质量的主要杀手，可导致臭氧层破坏、光化学烟雾等。非管制性排放物主要是C2是温室效应的最主要根源，美国汽车行业的污染物排放占总排放量的比例见表3.表3美国汽车行业污染物排放占总排放量的比例污染物比例％VOC―挥发性有机物；M―颗粒物。

　　在现阶段，不论使用何种燃料，燃料电池的电极反应物都是氢气。当使用含氢的燃料，如甲醇、氨、肼时，首先要将它们转化为氢气，并产生副产物。当使用碳氢化合物为燃料时，产生CO2.对于汽车而言，热机的效率只有12%~ 15%.燃料电池的效率可达到30%~40%.燃料电池是一个电化学反应系统，主要产生电能，并把氢气和氧气转化成水。内燃机则主要产生热能，只有一少部分变成有用的机械功，而且燃烧尾气成分复杂，包括未反应的有机物、CO和NOx.单就CO2而论，燃料电池的高效表明，同样使用化石燃料，取得单位有用功所排放的C2，燃料电池系统比热机系统要低。用化石燃料如煤、石油、天然气发电，电解水产生氢气做燃料电池的燃料，这样途径也能够减少CO2的总排放量。如使用水电、核电、风电和太阳能发电，则不存在CO2污染问题。

　　使用再生生物质发电，能够不增加CO2的排放总总而言之，燃料电池动力交通工具，对环境的意义是明显的，因为燃料电池几乎没有Nx、Sx和粉尘排放，CO和VOC的排放量也很低。

　　燃料电池汽车与现代汽车的能源消耗及污染物排放情况比较见表4表4不同动力汽车的污染物排放及能耗比较动力燃料内燃机汽油柴油机柴油燃料电池甲醇燃料电池天然气无NMHC―非甲烷碳化合物；PM―颗粒物。

　　非甲烷碳氢化合物）NOx和PM（ParticleMaterials颗粒物）的排放比普通汽车小1 ~2个数量级。天然气燃料电池汽车没有PM排放。甲醇燃料电池汽车和天然气燃料电池汽车的CO2排放分别是汽油动力汽车的62%和40%，甲烷的排放增加了约一半，但基值较低，只有0.04g.km1.甲烷也是一种温室气体，但由于CO2排放降低了40%~60%，对降低温室效应的作用还是显着的。

　　还应注意到表中燃料电池汽车的NOx、CO、NMHC和SOx的排放主要来自甲醇和天然气重整制氢过程。这预示着随着燃料电池技术的发展，以及与之相适应的燃料nba直播吧极速体育jrs_jrs直播王_极速体育NBA直播网的完善，燃料电池汽车的环境效益会更加显着。