美國科學(xué)家生活垃圾提取氫 可驅(qū)動燃料電池汽車

生活垃圾可以從多種途徑進(jìn)行廢物利用，包括生產(chǎn)出新材料或用于發(fā)電等等。近期，美國加利福尼亞大學(xué)歐文分校(University of California at Irvine)的科學(xué)家Jack Brouwer則利用家庭用品廢棄物或食物殘渣中提取氫，將其用于驅(qū)動氫燃料電池汽車。

許多汽車制造商將燃料電池汽車視為繼傳統(tǒng)汽油車之后的可替代能源車。美國加利福尼亞州已經(jīng)計劃在2015年底之前建造68座加氫站，到2017年增加到100座以上。

韓國現(xiàn)代汽車今年則宣布，計劃在美國以租賃的形式投放燃料電池版途勝跨界車，該車存滿氫燃料后單次最大行駛里程為480公里。租賃價格為每月499美元，或一次性付款2,999美元可使用三年。

現(xiàn)代汽車這一舉動表明了從前只是被視為一種替代傳統(tǒng)汽車可行方案的燃料電池車正在逐步靠近商業(yè)化。

目前，豐田與寶馬、本田與通用、福特和日產(chǎn)及戴姆勒分別形成了3大燃料電池車研發(fā)聯(lián)盟。美國加州正因為其嚴(yán)苛的排放法規(guī)存在，從而推動了該地區(qū)燃料電池車的發(fā)展，也有更多的車企愿意在該地區(qū)試驗性投放燃料電池汽車產(chǎn)品。

新型制氫法

大部分工業(yè)設(shè)施中生產(chǎn)氫氣的原理都是將天然氣CH4分解，形成碳原子與氫氣。

但制氫的方法不止這一種，Brouwer教授與其團(tuán)隊則開發(fā)出另一種方法。在加州大學(xué)歐文分校的燃料電池研究中心里，研究者利用南加州地區(qū)人們的生活垃圾或下水道污泥、污水等物質(zhì)中提取氫。

首先，污泥被分解成水和生物固體。污泥中含有的廢水則被過濾、提取進(jìn)行再利用。生物固體進(jìn)入真空槽，被其中存在的細(xì)菌微生物分解。在這一過程后，將會產(chǎn)生一種氣體，由60%的甲烷和40%的二氧化碳組成。

大部分真空槽中的甲烷氣體都用于電力生產(chǎn)，另一小部分則進(jìn)入研究團(tuán)隊所開發(fā)的燃料電池轉(zhuǎn)換設(shè)備中，甲烷在其中經(jīng)過處理后將能產(chǎn)生電、熱和氫氣。其中，氫氣被輸送進(jìn)入幾百英尺外的公共加氫站，供燃料電池車加注。

氫燃料電池車的發(fā)展歷程

十年前，就有人預(yù)測燃料電池車即將商業(yè)化，現(xiàn)在看來當(dāng)時的預(yù)測并不準(zhǔn)確。燃料電池車至今也只能說“正準(zhǔn)備”走向商業(yè)化。

鮑姆聯(lián)合會(Baum & Associates)分析師Alan Baum指出，燃料電池技術(shù)目前已經(jīng)走出實驗室，不過離商業(yè)化還有一段距離。

途勝燃料電池車中采用了碳纖維儲氫罐，其可承受10000磅/平方英寸的壓強(qiáng)。

氫燃料電池車完全由電機(jī)驅(qū)動，與純電動汽車相同。但與電動汽車純粹依靠電網(wǎng)電力驅(qū)動不同的是，燃料電池車內(nèi)部有著其獨(dú)特的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生驅(qū)動力。氫氣經(jīng)過塑料薄膜和鉑金板產(chǎn)生電力。但鉑是稀有金屬，因此燃料電池的成本非常高，儲氫罐的成本同理也相當(dāng)高昂。

在10年前，一輛燃料電池車的成本約為100萬美元。本田、現(xiàn)代、通用、戴姆勒均表示燃料電池車量產(chǎn)后會大幅降低其成本。豐田更是制定了明確的目標(biāo)，其將在明年在美國市場上出售售價僅為5萬美元的燃料電池車。這一價格相比十年前，成本減少了95%。生活垃圾可以從多種途徑進(jìn)行廢物利用，包括生產(chǎn)出新材料或用于發(fā)電等等。近期，美國加利福尼亞大學(xué)歐文分校(University of California at Irvine)的科學(xué)家Jack Brouwer則利用注入家庭用品廢棄物或食物殘渣中提取氫，將其用于驅(qū)動氫燃料電池汽車。

許多汽車制造商將燃料電池汽車視為繼傳統(tǒng)汽油車之后的可替代能源車。美國加利福尼亞州已經(jīng)計劃到2015年底之前建造68座加氫站，到2017年增加到100座以上。

韓國現(xiàn)代汽車今年則宣布，計劃在美國以租賃的形式投放燃料電池版途勝跨界車，該車存滿氫燃料后單次最大行駛里程為480公里。租賃價格為每月499美元，或一次性付款2999美元可使用三年。

現(xiàn)代汽車這一舉動表明了從前只是被視為一種替代傳統(tǒng)汽車可行方案的燃料電池車正在逐步靠近商業(yè)化。

目前，豐田與寶馬、本田與通用、福特和日產(chǎn)及戴姆勒分別形成了3大燃料電池車研發(fā)聯(lián)盟。美國加州正因為其嚴(yán)苛的排放法規(guī)存在，從而推動了該地區(qū)燃料電池車的發(fā)展，也有更多的車企愿意在該地區(qū)試驗性投放燃料電池汽車產(chǎn)品。

新型制氫法

大部分工業(yè)設(shè)施中生產(chǎn)氫氣的原理都是將天然氣CH4分解，形成碳原子與氫氣。

但制氫的方法不止這一種，Brouwer教授與其團(tuán)隊則開發(fā)出另一種方法。在加州大學(xué)歐文分校的燃料電池研究中心里，研究者利用南加州地區(qū)人們的生活垃圾或下水道污泥、污水等物質(zhì)中提取氫。

首先，污泥被分解成水和生物固體。污泥中含有的廢水則被過濾、提取進(jìn)行再利用。生物固體進(jìn)入真空槽，被其中存在的細(xì)菌微生物分解。在這一過程后，將會產(chǎn)生一種氣體，由60%的甲烷和40%的二氧化碳組成。

大部分真空槽中的甲烷氣體都用于電力生產(chǎn)，另一小部分則進(jìn)入研究團(tuán)隊所開發(fā)的燃料電池轉(zhuǎn)換設(shè)備中，甲烷在其中經(jīng)過處理后將能產(chǎn)生電、熱和氫氣。其中，氫氣被輸送進(jìn)入幾百英尺外的公共加氫站，供燃料電池車加注。

氫燃料電池車的發(fā)展歷程

十年前，就有人預(yù)測燃料電池車即將商業(yè)化，現(xiàn)在看來當(dāng)時的預(yù)測并不準(zhǔn)確。燃料電池車至今也只能說“正準(zhǔn)備”走向商業(yè)化。

鮑姆聯(lián)合會(Baum & Associates)分析師Alan Baum指出，燃料電池技術(shù)目前已經(jīng)走出實驗室，不過離商業(yè)化還有一段距離。

途勝燃料電池車中采用了碳纖維儲氫罐，其可承受10000磅/平方英寸的壓強(qiáng)。

氫燃料電池車完全由電機(jī)驅(qū)動，與純電動汽車相同。但與電動汽車純粹依靠電網(wǎng)電力驅(qū)動不同的是，燃料電池車內(nèi)部有著其獨(dú)特的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生驅(qū)動力。氫氣經(jīng)過塑料薄膜和鉑金板產(chǎn)生電力。但鉑是稀有金屬，因此燃料電池的成本非常高，儲氫罐的成本同理也相當(dāng)高昂。

在10年前，一輛燃料電池車的成本約為100萬美元。本田、現(xiàn)代、通用、戴姆勒均表示燃料電池車量產(chǎn)后會大幅降低其成本。豐田更是制定了明確的目標(biāo)，其將在明年在美國市場上出售售價僅為5萬美元的燃料電池車。這一價格相比十年前，成本減少了95%。

現(xiàn)代汽車“途勝燃料電池車項目”

現(xiàn)代的“途勝燃料電池車項目”將首先面向洛杉磯和加州的橘郡(Orange Counties)，因為這兩處地區(qū)的加氫站數(shù)量最多。現(xiàn)代汽車表示，上個月，其官網(wǎng)上該項目網(wǎng)頁的瀏覽量達(dá)到了9萬次，這意味著可能會有數(shù)量可觀的燃料電池車潛在用戶。

現(xiàn)代美國可替代能源車輛項目負(fù)責(zé)人Gil Castillo表示，其希望通過此次的租賃項目了解到用戶是否在使用過程中發(fā)生了問題，并進(jìn)行解決。

途勝燃料電池車在韓國蔚山工廠生產(chǎn)，與汽油版途勝采用同一生產(chǎn)線。每千克氫氣約能供該車行駛50公里，車上的兩個儲氫罐約能儲存5.64千克氫氣，在加氫站花費(fèi)3分鐘即可將燃料補(bǔ)滿。加州壓縮天然氣的售價大約在5-10美元/千克。

作為對比，特斯拉的85千瓦時最高功率版本單次充電行駛里程約為250英里，不過即便采用特斯拉“超級充電站”，也需要花費(fèi)30分鐘才能將電池組充滿，而用家中普通電源更是需要8小時。

穆斯克與其他不看好燃料電池車的人士認(rèn)為，其生產(chǎn)成本高，過程復(fù)雜，前者更是曾將燃料電池“fuel cell”貶稱為笑料電池“fool cell”。其反對燃料電池車的另一個理由是，盡管車輛本身不排放污染物，但工業(yè)設(shè)施在從天然氣中制氫時，會產(chǎn)生碳排放。

而此次加州大學(xué)Brouwer教授的科研項目中采用了用微生物分解天然氣的方式產(chǎn)生氫氣，過程中產(chǎn)生的40%二氧化碳被保存在真空槽中。Brouwer表示，這一方案完全滿足加州的“環(huán)保”法規(guī)。

Brouwer表示，目前新系統(tǒng)的制氫技術(shù)方面沒有問題，其團(tuán)隊已經(jīng)細(xì)化了廢物處理工廠中的制氫過程，能夠以一半的設(shè)施空間制造出5倍于以往的氫氣。另外，其表示若在加州所有的廢物處理工廠均配備新的制氫系統(tǒng)，產(chǎn)生的氫氣將足夠供應(yīng)占據(jù)加州道路10%的汽車數(shù)量。資金支持該項目的機(jī)構(gòu)包括加州政府、美國能源部等。而與Brouwer團(tuán)隊共同設(shè)計這項新系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)包括燃料電池能源公司(FuelCell Energy Inc.)以及美國空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司(Air Products & Chemicals Inc.)。