NASA的登月计划推动商业燃料电池产业化之路

燃料电池工程 2024-07-24

NASA对燃料电池的投资可以追溯到20世纪60年代，当时世界上大部分地区仍依赖化石燃料。当氢和氧通过电解质结合时，燃料电池产生电和热。因为它唯一的副产品是水，所以它是一种环保的能源。

当NASA需要为登月任务提供燃料时，该机构对燃料电池产生了兴趣。位于休斯顿的美国宇航局约翰逊航天中心的工程师们将目光投向了燃料电池，因为在长期任务过程中，燃料电池每磅提供的能量比电池要多。当时，燃料电池只是一个概念，从未付诸实际应用。

NASA资助了第一批实用燃料电池的开发，因为它们是阿波罗飞船在月球任务中减轻重量所必需的。阿波罗服务舱中的三个燃料电池为宇航员所在的太空舱提供电力。

NASA资助了三家公司，包括Pratt & Whitney公司的一部分，来开发原型。对于阿波罗任务的燃料电池，美国宇航局选择了Pratt & Whitney，该公司很快成为联合技术电力公司(UTC Power)，作为所有航天飞机燃料电池的供应商。在NASA的资助和技术发展的推动下，UTC Power最终开始提供商用燃料电池。该公司现在被称为HyAxiom Inc.，成为斗山集团的子公司，并在康涅狄格州南温莎的一家工厂运营，该工厂曾为NASA生产燃料电池。

该公司在20世纪90年代中期发布了第一个商用燃料电池，并在大约十年后推出了目前的产品线。

HyAxiom的首席技术官斯里达尔·卡努里(Sridhar Kanuri)说：“他们为我们今天使用的这些产品建立的模型，有很多来自太空计划的电化学知识。”

HyAxiom目前每年生产约120台，但随着政府对燃料电池投资的增加，预计产量将会增加。美国政府计划使用燃料电池转化来自可再生能源的能量。

可以说，今天的商业燃料电池公司从NASA获得了大量的知识基础。美国国家航空航天局(NASA)负责电力和能源存储的首席技术专家约翰·斯科特(John Scott)说：“所有这些公司都可以追溯到他们的技术知识、企业遗产，甚至是上世纪60年代初NASA资助的那些公司的几代员工。”

绿色甲醇的生产技术路线主要包括以下两种：

生物质气化制甲醇：这种方法使用生物质（如农业废弃物、林业残留物等）作为原料，通过气化过程转化为合成气，再将合成气转化为甲醇。该生产工艺需要额外补充氢气（绿色生物甲醇），如果不补充氢气，需要将多余的CO2排出。

电解水制氢加二氧化碳制甲醇：这种方法首先使用可再生能源（如太阳能、风能）电解水制取氢气，然后将氢气与二氧化碳在催化剂的作用下合成甲醇。碳的来源只能来自从空气中捕集的二氧化碳、由生物燃料和可再生、再循环碳燃料燃烧产生的二氧化碳。若选择直接来源自化工厂或钢铁厂排放的二氧化碳，不符合欧盟的绿色标准。

目前，生物质制甲醇和绿电制甲醇作为两种主要的绿色甲醇生产工艺，各自展现出不同的优劣势。

生物质制甲醇以其相对较小的投资规模和在国外的一些工业化应用案例，显示出一定的市场潜力。然而，该工艺也面临着原料运输距离短和传统设备难以升级等挑战，这些因素限制了其大规模推广的可能性。

绿电制甲醇通过结合可再生能源和碳捕集技术，力求实现低碳生产的目标。这种方式在理论上能够最大限度地减少碳排放，但目前面临的主要问题是绿电成本和碳捕捉成本都相对较高，导致整体经济性较差。

尽管如此，随着科技的不断进步和成本的逐步降低，绿电制甲醇有望在未来成为主流的绿色甲醇生产方式。这不仅得益于技术的进步，也离不开全球范围内对低碳、环保能源的日益增长的需求和政策支持。

总结

随着全球碳中和碳达峰的推进，航运行业正面临着能源结构的重大转变。在众多清洁燃料选项中，绿色甲醇凭借其相对成熟的技术和满足市场绿色需求的特性，受到了航运巨头的青睐。

绿色甲醇作为一个新技术，成本高，但恰好可以满足航运市场的绿色需求。在未来多年，绿色甲醇的主要下游需求市场在航运行业，不会对传统甲醇的供需格局产生直接影响。

不过未来随着技术的发展，绿电成本下降，绿色甲醇的生产成本有望大幅降低，将对煤或天然气制甲醇带来强烈冲击，绿色甲醇一旦更便宜，且环保，会让传统甲醇优势全无。

本文内容来源于燃料电池工程等公开信息，新能源技术与装备整理，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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