美国氢燃料电池技术的发展——由化石能源体系向氢能源体系及多样化的重大转换

　　由化石能源体系向以氢为载体的新的能源体系及多样化转换，虽然看似难以置信，但不是前所未有。世界各国直到19世纪中叶其能源体系仍然是以牲口为主要交通运输工具，以木材取暖和炊事。今天形成以煤炭、石油和天然气化石能源体系的交通运输燃料和电力的能源无处不在，它已经很难从现代社会功能中区分出来。

　　目前也许正处于向下一代能源体系转换及多样化的边缘。当今包括美国、日本等发达国家以及中国、巴西和印度等经济发展势头强劲的发展中国家在内的国际社会，强力地意识到氢能可作为未来清洁、可持续能源系统中一个关键、重要的组成部分。未来氢能源体系的重要特征是将氢作为固定电源、交通运输、工业以及居民、商业利用方面的一个能源载体，氢能必将形成一个新的能源体系，为全球经济、社会发展提供用之不竭的能源。

　　由于氢是一个能源载体，目前在生产、储存、运输和利用等方面还处于技术开发阶段，到技术成熟时，氢将主要由清洁生产工艺技术获取。氢可从可再生能源中电解获取，也可从化石燃料中利用碳吸收的办法通过重整工艺后获取。氢可以像现在的石油、天然气等矿物能源被有效地储存、卡车或管道运输。当氢用于燃料电池、透平或发电机生产电力时，它的主要副产品就是水。

　　美国高度关注氢及燃料电池技术的开发，其目的是：从短期来看，由于大量利用矿物能源造成严重的温室气体排放所承受的巨大国际压力，至今美国政府仍未签署联合国于1997年颁布的《京都议定书》规定发达国家理应承担的减排义务，布什政府最近还多次表态将不会签署该文件，美国大力加强氢及燃料电池技术开发是为向世人展示一种积极的姿态。美国另一个考虑是寄希望于通过高新技术的开发，创造更多的就业机会，调整本国的产业结构，提升其产品在国际市场上的竞争力、以及为增加目前的能源安全和电力供应可靠性需要。从长期来看，由于世界矿物资源特别是石油资源将趋于枯竭，迫切需要寻求一种新的能源资源或产品，为向下一代能源体系转换及多样化做充分的技术准备和长时间的系统运行经验积累。

　　从总体来说，开发和利用氢、燃料电池技术具有诸多优点：

　　•可以大量利用美国国内资源和通过不同生产方法、途径获得氢燃料；
　　•减少进口石油需求，特别是交通运输所需的石油资源；
　　•燃料电池可以在电网输电系统不能够满足供应的情况下，应急启动填补电力供应的不足，起到电力供应的调峰作用；
　　•可以显著改善美国的大气空气质量，使汽车尾气和使用化石燃料的清洁电力生产系统实现接近于零的排放。

　　从原理上来讲，氢燃料电池工作是电解的逆反应，空气中的氢气和氧气混合进行催化电化学反应产生电流、热量和纯净饮用的水。除了零污染排放特点外，燃料电池可以获得比内燃机高出2～3倍的工作效率，燃料电池的发电工作能力使得它获得广泛的应用，包括：便携式（50～100瓦）和固定式电站（1～200兆瓦）。尽管燃料电池具备服务于经济领域各方面的潜力，但今天它们从价格上来说较内燃机还相对比较昂贵，未来进一步的开发工作将是提高可靠性和降低成本，以便具有经济上的竞争力。

　　1. 向以氢为载体的能源体系及多样化转换是美国能源供应的战略选择

　　（1）美国能源消耗、需求预测
　　（2）美国石油生产、消耗情况
　　（3）美国交通能源战略
　　（4）美国发展燃料电池技术的路线图

　　为此，美国发展燃料电池技术的基本路线图是：

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