有關燃料電池的幾個問題 - 社會議題

By Yedda
at 2008-10-31T00:00

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1.燃料電池基本核心技術為何?
2.燃料電池的人力需求?
3.燃料電池進入門檻需求?

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By Gary
at 2008-11-03T07:24

燃料電池藉著電極上白金（Pt）觸媒的電化學反應，將經過重組器（reformer）轉化生成的氫分子轉變成電子和質子（陰極反應），電子生成後流經外電路來產生電流，質子則經由電解質的傳遞到另一極，與由氧分子生成的氧離子（陽極反應）結合成水。依使用電解質的不同來分，目前燃料電池可區分為鹼液型、磷酸型、熔融碳酸鹽、固態氧化物型及質子交換固態高分子膜型。不同型態電池的操作溫度各異，且其反應機制、使用材質及核心技術亦有相當大的差異。
外在的形勢與資源的分配
這其中有許多的因素影響著新科技的發展。尤以核子反應爐與機電發電機的結合，曾使人們相信在可見的未來能滿足全球的用電需求。然而核能如今卻是項具爭議性的議題，譬如瑞典政府已應民意而決定在2010年之前停用12座核子反應爐(2)；而另一方面，卻也有其他國家在同一時間內預定要設置同樣數目的反應爐作為發電設施，並延伸其核武走向的技術需求。
是否應過度強調燃料電池的許多優點，包括高效率、低污染排放、低噪音及離散型裝置等特性，以期使碳氫化合物更有效、更乾淨地來產生電能，並能在現有其他發電方式下，擁有競爭力及合理的成本，並滿足更嚴格的環保標準及較高的可靠性？但實際的情況是，許多致力於燃料電池的人士對於燃料電池究竟是否能與現有的火力電廠或是核能電廠共存，仍懷著躑躇的心態。
新式能源與其相關的基礎設施通常需要一段時間才能為人接受，以傳統的能源：煤、油、天然氣為例，自1850～1975年的市場占有率，大約每隔25年才會有明顯的成長或衰退。因而能源經濟的決定因素，往往在於發電成本、電力輸送與分配、電力用途並包括環保層面的評估等，並因著時間推衍的變動情形，才能建立長期分析的模式。由此可見，燃料電池發展因市場區隔的不同及其他能源價格的變化，會有明顯的異動。就電動車市場為例，充電式電池可在電動車的先期發展上扮演重要角色，但由於再充電時間長、電池連續使用電力局限等因素，在可見的將來，生產液體碳氫燃料（如甲醇）或氫氣燃料的燃料電池電動車，可因應人們對電動車的嚴苛要求。
從研究發展來看，因為使用電解質的不同，有熔融碳酸鹽、磷酸、固態氧化物、質子交換膜等等，因操作溫度與材質特性各不相同，所以研發面對的核心技術也因而不同。因此各類型的燃料電池研發成果、經驗的累積、專利和材質研發的創新，都無法互通有無，相互間的助益也著實受限，研發資源與人才並不容易整合與集中，這是燃料電池研究發展的困境。
作為一項科技整合性質的研究題目，燃料電池除了需要化學與電化學的知識外，尚需觸媒研究、化工製程、機械與能源工程、電子與電機工程等等，幾乎囊括了化學製程系統所需的各種專門技術。而在核心科技領域方面以磷酸型及質子交換膜燃料電池為例，小顆粒催化（small particles catalysis）、觸媒開發、表面科學及物理電化學的進展，在在影響我們了解複雜的三相（氣、固、液）反應系統。所以，燃料電池科技實乃囊括應用與基礎科學且為科技整合的研究題目；更因資源與人力的需求、各類型燃料電池研究的競爭及市場的不確定性，常常不易穩定持續地發展。
商業化發展出現契機
為了評估燃料電池在商業競爭上進入市場的可行性，許多顧問公司都曾為電力與瓦斯產業依不同的考慮條件做分析。最近在美國能源與環境期刊上，由A. D. Little提出的一份報告中(5)，就針對環保的角度，為燃料電池進入電力及電動車市場作了詳盡的評估。首先，作者指出燃料電池可應用於90％能源使用市場；包括現場型電場及運輸工具。從環保來看，由於燃料電池高效率的優點，將可減少能源使用量，因此，CO2排放量將隨之減少，這對減少全球溫室效應應有相當幫助；至於燃料前處理的重組器排放，亦可集中管理，再加上污染氣體（如：NOx）排放量極低，因此對空氣污染防治有相當正面的貢獻。此外現場型的發電設備可減少輸送及配電的費用以及占用的土地，並隨之降低高壓輸電裝置產生磁場對健康的危害性。作者更指出，因燃料電池在國際市場上的競爭局勢，各國及許多跨國大企業皆已投入人力、物力在發展各種類型的燃料電池，包括日本公司14家、美國10家及歐洲共同體7家。除商業化研發外，還有各國的國家研究室及大學、研究所也擁有許多基礎的研究成果。
可以參考http://210.60.224.4/ct/content/1994/00020290/0011....

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