導讀：1、燃料電池的其他燃料相比，乙醇具有獨特的優(yōu)點；2、乙醇的可供給性；3、乙醇重整制氫的成本；4、乙醇重整燃料電池在我國具有很大的發(fā)展?jié)摿?，?6%乙醇水溶液作為汽車燃料即將成為現(xiàn)實。

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燃料電池是錯位開發(fā)利用氫能的發(fā)電裝置，可以使用不同的燃料。按燃料的來源，燃料電池可分為3類：第1類是直接式燃料電池，即其燃料直接用氫氣或輕醇類；第2類是間接式燃料電池，其燃料不是直接用氫，而是通過某種方法(如重整轉化)將輕醇、天然氣、汽油等化合物轉變?yōu)闅?或氫的混合物)后再供給燃料電池發(fā)電；第3類是再生式燃料電池，它是指把燃料電池反應生成的水，經過電解分解成氫和氧，再將氫和氧輸入燃料電池發(fā)電。間接式燃料電池用于車載動力源和地面電站，以及直接式醇類燃料電池用于便攜用電器是當前燃料電池技術的研究熱點。

目前的家用吸氫機（也有叫氫氣呼吸機）一般采用質子膜制氫，就是燃料電磁的逆反過程，電解水產生氫氣和氧氣。

與燃料電池的其他燃料相比，乙醇具有獨特的優(yōu)點：第一，從原料來源看，乙醇可以從自然界中直接獲取，如通過谷物和糖類的發(fā)酵制取，或以秸稈類木質纖維素為原料經預處理、糖化、發(fā)酵而得，并且生產技術成熟。乙醇是當前生產規(guī)模最大、替代石油最多的可再生燃料，2016年全球燃料乙醇產量7975萬噸，因此，化石資源耗盡后，仍可利用地球表面植被和農作物獲得乙醇作為燃料，開發(fā)使用氫能。第二，乙醇在存儲和處理上的安全性，乙醇常溫常壓下為液態(tài)，還可處理成固態(tài)，利于存儲和運輸；乙醇毒性低，使其在處理和使用上安全性提高。第三，乙醇在催化劑上具有熱擴散性，在高活性的催化劑上，乙醇重整能在低溫范圍發(fā)生，降低了成本。第四，乙醇的能量密度明顯高于甲醇和氫氣，便于在車上攜帶。第五，以乙醇水溶液為原料制氫可以利用現(xiàn)有的加油站設施，而不必像插電式電動車、氫燃料電池汽車一樣要重新建立基礎設施，更具現(xiàn)實性、可行性。間接式乙醇燃料電池電動車與插電式電動車、氫燃料電池汽車的比較如表4-6所示。

表4-6純電動車、氫燃料電池汽車、間接式乙醇燃料電池汽車對比

乙醇的可供給性

以玉米、甘蔗為原料生產的乙醇被稱為第一代生物燃料，目前美國玉米乙醇4560萬噸，巴西甘蔗乙醇2189萬噸，我國以玉米為主年產253萬噸乙醇，三個國家占乙醇產量的87.8%。但受種植區(qū)域限制，玉米和甘蔗不能滿足市場對燃料乙醇的需求，再擴大生產能力就會影響糧食安全。因此，人類積極開發(fā)利用秸稈等木質纖維素生產的第2代生物燃料—纖維素乙醇。由于以秸稈類木質纖維素為原料的纖維素乙醇尚不能商業(yè)化生產，成本比玉米乙醇幾乎高1倍[77，78]。

因此，耐貧瘠、種植范圍廣、生物量大、生長周期短、氣候適應強的甜高梁被公認為是乙醇生產的首選原料[8]，甜高梁米作糧食及釀酒用，稈則用來生產乙醇，既不影晌糧食安全，又能利用邊際土地。

美國、巴西已開始用甜高梁作為乙醇生產補充原料[79]， Monsanto Chromatin、NexSteppe等公司都在積極硏發(fā)高糖含量的甜高梁品種。清華大學開發(fā)出國際領先的連續(xù)固體發(fā)酵技術[82]，采用世界上規(guī)模最大的連續(xù)固體生物反應器(55m×36m)于2015年在山東東營試車成功：平均16t鮮甜高梁稈可產1t燃料乙醇，僅耗電432kWh；酒糟與青貯玉米營養(yǎng)成分相當，喂養(yǎng)肉牛日增重1.08kg，無廢水排放；燃料乙醇成本僅4185元/t(鮮稈收購價格250元/t)。這項技術顯著提升了甜高梁的經濟價值，生產乙醇后的酒糟除了作為牛羊飼料外，還可以有經濟竟爭性地生產纖維素乙醇、鹽堿地改良劑機械法制漿造瓦楞紙，使甜高梁稈得到充分利用，乙醇能與50美元桶油價竟爭。

我國計劃調減種植玉米5000萬畝耕地、開發(fā)18億畝耕地以外5億畝鹽堿荒地、治理被重金屬污染的2.88億畝農田，種植甜髙梁生產糧食、飼料和燃料乙醇、電力，不僅能滿足間接式乙醇燃料電池對乙醇的需求，還可使霧霾、重金屬污染耕地、扶貧、減少石油進口等諸多問題迎刃而解。

乙醇重整制氫展望

以目前全球對石油消耗的速度來看，地球的石油儲量正急劇減少，煤炭的儲量也有一定的期限，化石能源終將枯竭，使氫能的開發(fā)表現(xiàn)出光明的前景。燃料電池是把氫能轉化為電能的一種發(fā)電裝置目前在燃料電池氫氣來源的四種基本方式(電解水、氣化、重油的部分氧化和醇類重整反應)中，醇類燃料由于其獨特的優(yōu)點而備受關注，但甲醇的毒性和不可再生性，使乙醇作為無毒和可再生能源呈現(xiàn)出更突出的優(yōu)勢，并且新的乙醇制氫技術也不斷出現(xiàn)，如低能脈沖放電常溫水相乙醇制氫，Au/TiO2納米光合催化乙醇水溶液制氫等，將使乙醇制氫技術更加經濟、可行。

我國是農業(yè)大國，各種用于發(fā)酵或降解制備乙醇的生物質原料如秸稈、麥麩等)較為充足，特別是利用鹽堿地和重金屬污染耕地種植甜髙梁生產乙醇，可有"一舉多得”的效果，更能充分滿足乙醇市場需求；同時，我國稀土儲量豐富，乙醇重整催化劑的原料供應也比較充足。因此，乙醇重整燃料電池在我國具有很大的發(fā)展?jié)摿?，?6%乙醇水溶液作為汽車燃料即將成為現(xiàn)實。