眾所周知，質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)氫氣的純度有著極為苛刻的要求。在當(dāng)前市場(chǎng)上氫氣來(lái)源復(fù)雜、雜質(zhì)種類繁多的情況下，能吃“粗糧”的高溫質(zhì)子交換膜燃料電池開(kāi)始受到關(guān)注。
由于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的“胃口”更好，對(duì)氫氣的純度要求不高，既可以使用高壓儲(chǔ)氫，也可以使用甲醇重整制氫，目前選擇該技術(shù)路線的企業(yè)更多的是采用甲醇重整制氫。這就意味氫氣可以隨產(chǎn)隨用，使氫氣的獲取更為容易，便于規(guī)模化推廣。
目前在甲醇重整制氫燃料電池領(lǐng)域布局開(kāi)拓的企業(yè)包括：上海博氫、海得利茲、中氫新能、百利坤艾、氫新科技等。隨著氫能示范應(yīng)用不斷推進(jìn)，高溫質(zhì)子交換膜燃料電池顯現(xiàn)出更多商機(jī)，這些企業(yè)反饋市場(chǎng)訂單量在增多，有些企業(yè)還獲得了融資。
“今年的業(yè)務(wù)情況很好，接到了幾個(gè)大項(xiàng)目，預(yù)計(jì)今年的營(yíng)收將在去年的基礎(chǔ)上翻幾番。”上述一家公司總經(jīng)理如此表示，他甚至預(yù)判高溫質(zhì)子交換膜燃料電池即將迎來(lái)發(fā)展的“風(fēng)口”。
企業(yè)迎來(lái)發(fā)展良機(jī)
高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEM）可在120至200°C的溫度下運(yùn)行，具有簡(jiǎn)化水熱管理系統(tǒng)、催化劑抗毒能力強(qiáng)、燃料選擇范圍寬等優(yōu)勢(shì)，由于對(duì)雜質(zhì)的低敏感性和膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性，用于HT-PEM的膜電極組件也可用于氫分離，可以有效地將超純氫從稀釋或不純的含氫氣體中分離出來(lái)。
因此，HT-PEM允許使用化工復(fù)產(chǎn)氫、甲醇、乙醇、天然氣、LPG、DME等燃料。由于與其他燃料的重整相比，甲醇的蒸汽重整更簡(jiǎn)單、更高效，大多數(shù)HT-PEM使用甲醇運(yùn)行。這使得HT-PEM成為綠色甲醇最具潛力的下游應(yīng)用之一。
在綠氫大勢(shì)所趨下，可再生能源制取的氫氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加注成本過(guò)高，成為制約氫能發(fā)展的重要原因。然而甲醇在常溫常壓處于液態(tài)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的儲(chǔ)存，是理想的低成本化學(xué)儲(chǔ)氫載體，這讓綠色甲醇成為了破解“能源不可能三角”（即一種能源品類無(wú)法同時(shí)做到綠色低碳、安全可靠、低成本）的一種可行途徑。
在能源體系低碳轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)下，綠氫合成甲醇發(fā)展明顯加快。今年以來(lái)，以國(guó)家電投集團(tuán)、中車風(fēng)電、吉利集團(tuán)、金風(fēng)科技等為代表的企業(yè)都在大力推進(jìn)綠氫制甲醇項(xiàng)目簽約、開(kāi)工和投產(chǎn)。這些項(xiàng)目投資金額動(dòng)輒上百億，且生產(chǎn)規(guī)模都在十萬(wàn)噸以上，上游制取綠色甲醇項(xiàng)目的火爆，也帶動(dòng)了以甲醇為原料的HT-PEM的火爆。
近日，高溫質(zhì)子交換膜燃料電池研發(fā)商氫新科技對(duì)外宣布再獲新一輪千萬(wàn)級(jí)天使+輪融資，本輪投資由產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略方領(lǐng)投，漢能創(chuàng)投和老股東信天創(chuàng)投跟投。本次天使+輪融資是氫新科技繼2022年11月拿到種子輪融資、今年2月份拿到天使輪融資后所獲得的再一輪千萬(wàn)級(jí)融資。
此外，在該領(lǐng)域卓有成績(jī)的海得利茲總經(jīng)理郭志斌向高工氫電透露，由于業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，公司將在今年7月份啟用新的設(shè)備生產(chǎn)工廠，屆時(shí)產(chǎn)能將有一個(gè)較大的提升，可年產(chǎn)100000㎡的高溫質(zhì)子交換膜和12萬(wàn)片高溫膜電極。
終端應(yīng)用正在被發(fā)現(xiàn)
由于HT-PEM在功率密度上不如氫燃料電池，但在儲(chǔ)能密度與經(jīng)濟(jì)性方面，甲醇重整制氫燃料電池比純氫燃料電池更具推廣優(yōu)勢(shì)。以甲醇水為燃料，通過(guò)中高溫質(zhì)子交換膜，降低系統(tǒng)對(duì)氫氣純度要求，使甲醇重整產(chǎn)生富氫氣體在模塊內(nèi)進(jìn)行發(fā)電。
整個(gè)反應(yīng)過(guò)程無(wú)需壓力容器，氫氣隨產(chǎn)隨用不儲(chǔ)氫，有噪音低、自動(dòng)化程度高、小型高效、持續(xù)工作能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)、移動(dòng)充電樁系統(tǒng)，軍民融合發(fā)電站系統(tǒng)等領(lǐng)域，還適用于5G基站、井下作業(yè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、島上離網(wǎng)供電等因客觀氣候、地形、時(shí)段因素造成用電需求高、針對(duì)性強(qiáng)的特殊場(chǎng)景。
從市場(chǎng)應(yīng)用看，HT-PEM有效解決了傳統(tǒng)燃油發(fā)電噪聲大、污染大、成本高、不能持續(xù)發(fā)電等痛點(diǎn)問(wèn)題，十分適合分布式發(fā)電及供熱需求。2022年6月，青島市發(fā)改委將“模塊化甲醇制氫加氫技術(shù)”、“10MW甲醇重整制氫熱電聯(lián)供系統(tǒng)”納入青島市節(jié)能低碳重點(diǎn)技術(shù)推廣目錄（第五批）名單。其中，甲醇重整制氫熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成了甲醇重整制氫、燃料電池發(fā)電、余熱回收、電力變換等裝置，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的同時(shí)對(duì)外提供熱力輸出，綜合效率可以達(dá)到75%以上。
此外，HT-PEM在交通領(lǐng)域也十分被看好，如物流車、大巴車、游覽車、游船、無(wú)人機(jī)等。今年初，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)和國(guó)汽戰(zhàn)略院揭曉了CSAE汽車科技預(yù)見(jiàn)研究成果——“2023年度中國(guó)汽車十大技術(shù)趨勢(shì)”和“未來(lái)3——5年中國(guó)汽車十大前沿技術(shù)”。高溫質(zhì)子交換膜燃料電池列入中國(guó)汽車十大前沿技術(shù)。
日前，工信部下發(fā)《道路機(jī)動(dòng)車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》（第371批）新車公示。在載貨車新申報(bào)的車型中，遠(yuǎn)程新申報(bào)了甲醇重整制氫載貨車及底盤(pán)各1輛，整車搭載廣東能創(chuàng)生產(chǎn)的甲醇重整制氫發(fā)動(dòng)機(jī)，匹配微宏動(dòng)力錳酸鋰蓄電池，額定功率112kW，最高車速89km/h。
如何攻克商業(yè)化難題？
雖然從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看“高溫質(zhì)子交換膜”技術(shù)路線推廣具備市場(chǎng)前景，但相較于PEMFC而言，目前該路線尚未得到廣泛認(rèn)可，主要源于該技術(shù)路線仍然存在一些明顯的缺陷需要繼續(xù)改善。
目前以甲醇重整制氫方式為代表的HT-PEM最大缺陷在于功率小、體積大、啟動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)。為了滿足高溫甲醇重整器與高溫電堆的匹配和工作穩(wěn)定性，甲醇重整制氫燃料電池的核心部件和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要更加緊湊。
國(guó)內(nèi)甲醇重整燃料電池產(chǎn)品單機(jī)功率主要在5-20kW之間，普遍存在單機(jī)功率小、體積大、重量重、環(huán)境適應(yīng)性較差等不足，特別是HT-PEM的啟動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)。據(jù)一位長(zhǎng)期從事氫燃料電池汽車開(kāi)發(fā)工作的技術(shù)人員介紹，甲醇重整制氫器的工作溫度需達(dá)到200℃以上，光是借助外部電加熱使燃燒室的溫度升高至這一標(biāo)準(zhǔn)就需約20分鐘，因此啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、響應(yīng)速度慢，且需要與超級(jí)電容或鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并聯(lián)使用來(lái)滿足產(chǎn)品對(duì)電能的動(dòng)態(tài)需求。
此外，雖然與傳統(tǒng)燃油汽車相比，甲醇重整氫燃料電池汽車無(wú)二氧化硫和碳氧化物排放，但在運(yùn)行過(guò)程中仍存在一定量的二氧化碳排放，沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)“零排放”。而且，目前甲醇重整氫燃料電池不在示范城市群的補(bǔ)貼范圍內(nèi)，這也降低了一部分企業(yè)布局的積極性。
“雖然高溫燃料電池的熱度及相關(guān)扶持政策并不如低溫燃料電池，但作為燃料電池中的一個(gè)分支，近年來(lái)還是有不少國(guó)內(nèi)外的企業(yè)深耕其中，并取得相應(yīng)的發(fā)展突破，這是一個(gè)可喜的現(xiàn)象，目前質(zhì)子交換膜燃料電池與甲醇重整制氫燃料電池可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景去選擇不同的燃料電池產(chǎn)品。依靠著甲醇與氫能的“伴生”關(guān)系，高溫質(zhì)子交換膜電池在未來(lái)的氫能社會(huì)里終將占有一席之地。”郭志斌表示。
