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采用氫能源是當(dāng)前世界公認(rèn)的可代替石油能源的主要出路之一。氫是一種可儲(chǔ)藏運(yùn)輸、燃點(diǎn)較高，熱值相當(dāng)汽油的3倍，實(shí)質(zhì)上是一種可再生能源。21世紀(jì)將成為氫能的時(shí)代。美國(guó)、歐洲、日本等強(qiáng)國(guó)在制定其未來(lái)能源政策時(shí)，都把發(fā)展氫能作為一個(gè)主要方向，而燃料電池正是氫能時(shí)代的最佳能量轉(zhuǎn)換裝置。作為燃料電池燃料的氫可從煤碳、天然氣和石油中制取，也可從植物、生物排放物、太陽(yáng)能、風(fēng)能和電解水等過(guò)程中制取。因此隨著生產(chǎn)成本、可靠性、壽命等問(wèn)題的逐步解決，燃料電池有望在2010年左右進(jìn)入商品化，并逐漸成為一種世界范圍內(nèi)的重要能源之一。
一、燃料電池作為新能源在國(guó)際上的發(fā)展?fàn)顩r及動(dòng)向
石油、煤炭等不可再生能源資源的日趨枯竭，引起的環(huán)境嚴(yán)重污染及直接影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防安全已是21世紀(jì)各國(guó)面臨的三大問(wèn)題。為解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺及環(huán)境污染之間日益加劇的矛盾，發(fā)展清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動(dòng)力技術(shù)已成為十分緊迫的任務(wù)。
燃料電池發(fā)電具有以下獨(dú)特的優(yōu)越性：
1．清潔。氫經(jīng)過(guò)燃料電池電化學(xué)作用，一面釋放電能推動(dòng)機(jī)械作功，一面與空氣中的氧化合又重新產(chǎn)生水，幾乎無(wú)硫氧化合物(SOx)和氮氧化合物(NOx)的排放，溫室氣體CO2的排放量也遠(yuǎn)小于火力發(fā)電廠。由于燃料電池本身沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，因此其工作環(huán)境非常安靜。
2．高效。從理論上講，燃料電池可將燃料所含化學(xué)能的90%轉(zhuǎn)化為可利用的電和能。已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的磷酸型燃料電池((PAFC)實(shí)際運(yùn)行中發(fā)電效率接近46%；而熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體氧化物燃料電池(SOFC)的發(fā)電效率可達(dá)到60%，而目前其他能源的效率大約是：核能30~33%、天然氣30~40%、煤為33~38%、油為34~40%。
3．可靠。與燃燒渦輪機(jī)循環(huán)系統(tǒng)或內(nèi)燃機(jī)相比，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)其轉(zhuǎn)動(dòng)部件很少，因而系統(tǒng)更加安全可靠。燃料電池系統(tǒng)發(fā)生的唯一事故就是效率降低。
4．靈活－分散式供電。電力工業(yè)集中供電的模式越來(lái)越受到分散式供電的挑戰(zhàn)。電力工業(yè)由于規(guī)模效益，發(fā)電廠(站)規(guī)模都很大，而且遠(yuǎn)離用戶，電力要通過(guò)高壓線及變電站輸送到用戶。分散式電站與用戶距離很近，利于降低成本，改進(jìn)服務(wù)。燃料電池發(fā)電廠就是屬于分散式供電系統(tǒng)的一種。其效率與其規(guī)模無(wú)關(guān)，可根據(jù)用戶需求而增減發(fā)電容量；其安全性和供電質(zhì)量非常高。這對(duì)計(jì)算機(jī)、通訊、銀行、連續(xù)生產(chǎn)等系統(tǒng)非常有利，因?yàn)樗鼫p少了由外部電網(wǎng)中斷所可能引起的事故。
燃料電池按電解質(zhì)的性質(zhì)劃分為五大類，它們各自處在不同的發(fā)展階段。表1(略)顯示了這五類電池的技術(shù)、用途與應(yīng)用現(xiàn)狀等特性。從中，我們知道可用作新能源的有質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體氧化物燃料電池(SOFC)。
歐美都在大力發(fā)展燃料電池。2003年9月10日歐盟委員批準(zhǔn)通過(guò)了一系列措施，加強(qiáng)能源系統(tǒng)和燃料電池的研究和開發(fā)，以便在中期內(nèi)使歐盟減少對(duì)石油的依賴和保持可持續(xù)發(fā)展。這些措施包括首先是建立一個(gè)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，對(duì)可行建議和計(jì)劃進(jìn)行協(xié)調(diào)；此外還確定了以氫為主的發(fā)展戰(zhàn)略和日程表。氫燃料電池是歐盟實(shí)現(xiàn)2020年20%能源來(lái)自替代能源目標(biāo)的主要辦法。歐盟認(rèn)為“燃料電池將有助于解決能源供應(yīng)安全，環(huán)境和氣候變化問(wèn)題。此外，它還使能源生產(chǎn)不那么集中”。不過(guò)，歐洲在這方面的公共支持還處于較低水平。在2002~2006年期間內(nèi)僅投資3億歐元。
美國(guó)能源部于2002年9月5日正式“自由汽車合作計(jì)劃”(FreedomCooperativeAutomativeResearchPlan)。該計(jì)劃支持制定有關(guān)氫能基礎(chǔ)設(shè)施法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)基礎(chǔ)的研究，重點(diǎn)是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，氫能存儲(chǔ)系統(tǒng)等同時(shí)確定2010年目標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)：2003年2月6日美國(guó)布什總統(tǒng)在華盛頓舉行的能源問(wèn)題論壇上說(shuō)，如果美國(guó)把氫動(dòng)力發(fā)展成為一種實(shí)用的民用燃料，“我們就能在2040年以前把每天的石油需求量減少1100萬(wàn)桶以上”。布什的預(yù)算案建議今后5年里為氫燃料計(jì)劃和“自由汽車合作計(jì)劃”提供17億美元的經(jīng)費(fèi)，其中包括用于氫研究的7.2億美元新經(jīng)費(fèi)。
然而，目前燃料電池在國(guó)際范圍內(nèi)仍未進(jìn)入大規(guī)模的商業(yè)化，主要有以下幾個(gè)原因：
1．與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，燃料電池市場(chǎng)價(jià)格依然昂貴；
2．燃料電池的工作壽命及可靠性仍有待于進(jìn)一步提高；
3．燃料電池技術(shù)不夠普及，缺乏完善的燃料供應(yīng)體系。