全國甲醇生產廠家彪仕奇：中國甲醇燃料電池汽車未來發展展望
使用甲醇作為汽車燃料對于國人來說并不陌生。全國甲醇生產廠家彪仕奇了解到，在過去的近二十多年時間里，對于甲醇燃料的內燃機研究一直沒有間斷。
隨著吉利公司的董事長李書福在2017年和2018年的兩會期間對甲醇汽車的宣傳，甲醇汽車開始逐步進入民眾的視野。甲醇生產企業彪仕奇調查了解，吉利從2005年開始研發甲醇發動機，2015年開始有6輛甲醇轎車走出國門，在冰島進行測試。在2017年更是推出新一代的商用車甲醇發動機。將甲醇在車輛上的應用范圍進一步拓展。
與甲醇內燃機相對的，還有一條技術路線是“甲醇氫燃料電池”。由于中國的汽車主機廠在燃料電池的技術路線上的投入總體偏少，除上汽在燃料電池方面和新源動力有合作推出榮威750和950兩款燃料電池樣車外，甲醇生產廠彪仕奇發現其他公司的產品鮮有報道。
甲醇燃料電池汽車在中國的誕生是基于電動公交車的迅速發展！
2011年，世界大學生運動會在深圳舉行。全國甲醇生產廠家彪仕奇調查了解，當年市政府決定推廣2011輛新能源車，其中1000輛采用了沃特瑪的磷酸鐵鋰電池。正是這批電池催生了甲醇燃料電池在汽車上的應用，因為那一批的鋰電池電動車里程衰減太快！半年后司機就開始抱怨里程僅為原來的60-70%！跑相同的里程，充電次數由原來的一日一充變成一日兩充！司機在終點站要去換車，讓電力不足的車在那里充電！
如此一來，對電動車的管理提出了新的挑戰。政府主管部門開始擔憂，如果鋰電池技術無法突破，將來是否需要對這一批車進行報廢，未來是否可以推廣純電動公交車？
提升電池性能是一種方式，對鋰電池在行車的過程中充電，也不失為一種延長電池壽命，延長續航里程的方式。
但是用清潔能源發電的方式，有多少種選擇？
內燃機做混合動力，在深圳同樣有嘗試，但是鎳氫電池組和發動機的混動實際運行效果不好。除去內燃機，就是氫燃料電池了。
甲醇生產企業彪仕奇了解到，為了世界大學生運動會，深圳也曾臨時建了一個加氫站，五洲龍公司也生產了幾臺氫燃料電池大巴車，但是在運動會結束，這些背著氫罐的大巴車就進入了車庫，臨時的加氫站也停止了運營。
縱觀各類技術，甲醇制氫發電似乎是一條不錯的道路。
從深圳電動車日耗電300kWh，工作時間12h左右來推算，25kW的燃料電池系統應該可以比較好地解決電力衰減問題。
甚至如果采用10kW的系統，一天補電120kWh，也可以省去“第二次”充電。
在這種背景下，大家開始討論將甲醇重整燃料電池系統“上車”。彼時大家對甲醇重整請燃料電池的理解還是在“固定式應用”，尤其是在通信基站方面的應用。
知名的燃料電池公司Ballard，曾經收購了一家Edatech的公司，該公司基于甲醇重整制氫、提純后進入燃料電池電堆發電的系統被成功應用于通信基站，作為后備電源，可以在電網斷電時提供電力供應。
該設備的應用場景是通信基站的后備電源，所以專門配置了一個標準機箱、將甲醇桶也內置在柜內，所以體積很大，這樣的柜子上車，顯然是不太現實的。
但是這類基于甲醇燃料電池的產品給出了一個方向。通過使用液體燃料，將其中所含有的C-H鍵打開，將氫氣取出來，再將氫氣導入到電堆中發電，發電的過程無PM2.5，無噪音。
最關鍵的是1L甲醇水溶液可以發出1kwh的電量，這是甲醇作為液體燃料的最大優勢：能量密度高。純甲醇的能量密度是4.5kwh/L，理想的系統效率達到50%時，會有10倍于鋰電池的能量密度。
廣東合即得公司對標巴拉德公司的ElectraGen的重整制氫系統，在設備小型化上做了很多研究，選擇了同樣的技術路線：甲醇和水預先混好，在重整器內預熱汽化，進而重整制氫，氫提純（不純的氣再燃燒提供汽化及重整提純所需要的能量），再進入低溫堆發電。在2013年推出一款體積比該設備小很多的小型重整制氫設備，連接巴拉德的電堆組成系統發電。
該系統引起了深圳五洲龍公司的高度重視，這種組合將可以迅速解決電動車每日兩充的問題，實現電電混合。
與此同時，廣東合即得也和低速觀光電動車企業聯合，推出了2個模塊驅動的甲醇重整氫燃料電池觀光車。
后來廣東合即得也在乘用車領域與車企開展了一些項目合作，通過對增程式電動車進行改造，實現甲醇重整燃料電池與鋰電池的“電電混合”。
這一技術路線的主要難點在與對氫氣的提純。據甲醇生產廠彪仕奇了解，他們采用了“鈀管”作為提純裝置。鈀對氫的提純，本質是氫穿透鈀膜。鈀膜在300-500DegC的條件下，H2分子會在壓力較高的鈀膜一側的表面被電離為質子和電子，形成一個鈀氫的暫態物，在壓力低的那一側在解離成為氫氣和鈀原子?？梢岳斫獬墒恰斑x擇性過濾膜“。
鈀膜的厚度可以是幾個微米至幾百個微米，需要綜合考慮強度，成本、工藝等因素來制備相應的過濾裝置，目前沒有在汽車上大面積使用的主要原因可能還是在成本以及工藝方面。
相比于鈀而言，工業上大規模氫提純選用的是PSA，Phase Shift Adsorption（變壓吸附）的工藝。顧名思義，這種技術有兩大要素：1.吸附劑，2.壓力變化。吸附劑通常以分子篩的形式存在，被裝在一個容器內，在高壓力的情況下，氫氣和分子篩結合，逐步達到飽和狀態，之后進行管路切換，降低系統的壓力，這時吸附劑內吸附的氫氣會被釋放出來。
2016年，北京氫璞科技有限公司曾經和東風汽車公司合作開發一款車載PSA廂式物流車，后來并沒有推向市場。
PSA的小型化比較困難，系統需要較高壓力的氫氣泵，在壓力變化的過程中，也消耗較多的電能，因此制約了其在汽車上的使用。
與這兩類基于”純氫“的技術路線相對應的還有一類技術是甲醇重整+高溫燃料電池。高溫燃料電池是指工作溫度在160度以上的質子交換膜技術。相比于常溫/低溫的系統工作在85DegC左右，高溫燃料電池的160DegC工作溫度可以保證氫氣在電堆內反應后的產物都是水蒸氣，而不存在液態水的可能。這樣可以避免淹堆、反極等低溫燃料電池電堆會碰到的問題。從硬件配置上來講，可以規避氫氣循環泵、增濕器等，對于空壓機的要求也會低很多，可以大大簡化系統的設計。
這類高溫燃料電池兼顧了PAFC磷酸燃料電池和PEM質子交換膜燃料電池的優點，采購用了PEM燃料電池的結構，通過使用PBI（聚苯并咪唑）膜來和H3PO4磷酸傳導質子，雖然功率密度比基于Nafion（全氟磺酸膜）的低溫質子交換膜小，但是系統效率高。最重要的是，高溫堆能耐受2%的CO，不會形成鉑催化劑中毒。
這套系統中，甲醇和水的混合液重整制氫的過程是一個吸熱的過程，相比之下，還有其他的重整技術，可以實現甲醇自熱重整反應：導入一定量的氧氣參與氧化，這樣產生的重整器當中就會一定量的CO2，水蒸氣以及和O2一起進入的N2。自放熱的重整器的優勢在于體積可以做得很小，但是缺點也很明顯，會引入空氣，導致最后進入電堆的氣體中非氫氣的成分較多。
甲醇和水的混合液在氣化的過程中，需要吸收大量的熱，這一部分的熱，在使用高溫燃料電池時，可以由電堆工作時的”廢熱“來提供。高溫電堆的廢熱溫度在160DegC，可以將甲醇和水的混合液充分地汽化，這樣大大節約了能源，提高了系統的效率。通過使用集成式的散熱器，可以大大縮小體積，可以使得系統結構更加緊湊。
蘇州氫潔電源科技有限公司在2016年和東風特汽聯合開發了一款基于甲醇重整氫燃料電池系統的T7型電動物流車，并在2018年獲得工信部公告。
除電動物流車外，廣獲關注的還包括軍民融合項目中的”靜默式發電車”。改車由傳統依維柯柴油車改建而成，裝有30kW的燃料電池，近50kWh高倍率電池，攜帶可以發出1000kWh電力的甲醇水，能靜默發電，滿足諸多軍事供電需求。
2018年北京車展時，愛馳公司展出一款續航里程達1200公里的電動超跑，該車搭載一臺5kW的甲醇重整燃料電池發電系統，再配一個甲醇箱，采用“電”-“電”混合的模式，來為電池提供電力補充。
2018年10月在江蘇如皋世界氫能大會上，另一家造車新勢力的公司Weltmeister威馬公司推出一款基于直接甲醇燃料電池的汽車，頗為引人注目，但技術方面的報道甚少。
總體而言，甲醇生產企業彪仕奇認為基于甲醇作為液體燃料的諸多優勢，在車載領域甲醇有較廣的應用空間，可以從APU輔助電源設備開始，逐步拓展為增程器，車載發電機。
甲醇生產企業彪仕奇可以預見，作為一種能源載體，甲醇將會和電動汽車緊密結合，走出一條“分布式”可再生能源的新路，發展成為中國特色的新能源體系。
