​清洁能源新未来：美国正推动 “高温质子交换膜燃料电池” 走向市场

碳排放是全球性大问题，世界各国都在面临的困境，如何减少碳排放则是从国家层面，到能源行业、汽车行业、交通行业等相关领域都在致力解决的问题。

近年来，新能源技术、清洁能源技术获得了持续不断的突破。从技术层面上讲，要想减少碳排放，减少石油、煤炭等高碳排放能源的使用是行之有效的方法。但是减少石油、煤炭的使用的前提是，不影响人们正常的生产和生活。

换言之，能源供给得跟上。新能源在这些年获得了突破性的发展，水能、风能、电能等清洁能源越来越成为能源的主流。另一个办法是开发新能源，以减少碳排放，人类在研发新能源方面有诸多努力，例如建造核电站、核反应堆等等。

不过，在颠覆式的新能源出来之前，通过技术减少碳排放，是最有效的办法之一。从能源行业这几年的发展趋势就可以看出来，清洁能源已经是主流。从交通上说，电动汽车的流行说明新能源对交通行业带来巨大的震动：传统车企纷纷研发清洁能源汽车也就是电动汽车。

现在电动汽车普及广泛，在公共汽车、家用轿车领域，电动汽车占比越来越高。如果说重型汽车不用汽油和天然气，而用电池，靠电池驱动，那么是不是能很大限度地减少碳排放？

美国最近计划把高温质子交换膜（HT-PEM）推向市场可行的 HT-PEM 燃料电池，重型车辆配备了 HT-PEM 燃料电池，可以显着减少温室气体的排放。

图 | 高温质子交换膜（HT-PEM）（来源：future-orient ）

为什么实验室要研发适用重型车辆的 HT-PEM 燃料电池？因为美国运输业是美国碳排放最多的企业，且贡献了全球三分之一的碳排放量。解决重型车辆的碳排放问题，就等于解决了温室气体排放的关键问题。

而传统的 PEM 燃料电池，工作温度相对较低，电池对氢燃料杂质的耐受性较低，无法减少车辆的废气排放。

由美国 Los Alamos 国家实验室、Brookhaven 国家实验室和国家 NREL 实验室组成的新合作伙伴关系：将在未来几年内，将氢和其他可再生燃料转化为电能的燃料电池，努力把  HT-PEM 燃料电池推向市场。

HT-PEM 燃料电池具有革新重型运输行业的潜力：可以使船舶使用可再生甲醇、氨气运行，飞机可以使用二甲醚或氢气运行，离网发电机可以使用低碳、零碳燃料轻松运输到偏远地区。

简单来说，除纯氢外，使用任何载氢燃料的能力，都是在减少所需基础设施在投资方面的重大突破。HT-PEM 燃料电池技术将使重型和其他难以脱碳的应用高效运行，同时使用氢气、并缓解水管理问题。

Los Alamos 燃料电池和车辆技术项目经理 Rod Borup 表示：“随着重型运输行业寻求内燃机的更环保替代品，HT-PEM 燃料电池有望提供一种清洁、高效的替代品。该项目有望改变重型车辆高碳排放的现状，并有助于加速能源和重型运输技术的发展，从而实现清洁、零排放的能源未来。”Los Alamos 对项目的贡献是膜电极组件（MEA）。MEA 的独特之处在于，它不依赖于水作为导电介质，而是依赖于工程聚合物，该聚合物可以在更高的温度范围内可靠运行（80℃至 200℃）。

Los Alamos 科学家 Yu Seung Kim 是汽车 HT-PEM 燃料电池项目的发起人，他告诉媒体：“在高温操作下，我们可以采用更简单的设计来制造重型卡车，这使我们可以大大减轻重量。典型的氢燃料电池系统中，最重的部分是储氢罐，重约 4000 磅，可拖运 350 英里。如果在较高的工作温度下运行燃料电池，则可以使用高能量密度的液体燃料，并且系统重量可以减少到 2500 磅。”  

Kim 团队将负责通过膜、离聚物、催化剂和气体扩散层的筛选测试，来证明 MEA 的性能和耐久性。所得的知识将转移到 NREL，以帮助开发用于 MEA 的批量生产的制造过程。

Brookhaven 实验室负责开发氧还原反应催化剂，而 Advent 将测试并验证：在工业制造条件下，能否保持性能和耐用性？

除此之外，并将全尺寸 MEA 组装成可在商业上使用的燃料电池组。

该项目得到了 DOE 氢与燃料电池技术办公室的大力资助。通过 L'Innovator 试点计划，该计划目标是让氢和燃料电池技术，从 DOE 国家实验室成功走向商业市场。

美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）实验室和相关企业合作，希望他们能如期完成计划，在未来几年内，完成 HT-PEM 燃料电池的开发，并把产品成功推向市场，以有效减少碳排放，缓解温室效应带来的困扰。目前，相关合作方正在研发 HT-PEM 燃料电池，并且为电池的商业化做准备工作。