如何打造一台清洁机器 - 彭博社
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在今年夏季的民主党全国大会上,芝加哥交通局将展示一款可能永远改变城市公交车肮脏形象的车辆。这款车由位于温哥华的巴拉德动力系统公司开发的燃料电池驱动,其唯一的排放物是如此纯净的水,以至于CTA总裁罗伯特·贝尔卡斯特实际上从排气管中喝了一杯。“它的味道就像我母亲以前放在熨斗里的水,”他说。难怪贝尔卡斯特预测燃料电池公交车最终可能会接管芝加哥的整个车队,并称这“是下个世纪的动力技术。”
自从NASA在1960年代将燃料电池放入太空舱以来,未来学家们对这些设备寄予了厚望,这些设备通过将氢和氧结合成水的电化学过程产生电力。大部分兴奋点集中在它们在汽车中的应用,但目前最重要的应用是作为电力厂。广泛使用的话,它们将使世界能够满足日益增长的需求,而不会导致污染的窒息性上升。“它们将带我们超越火的时代,”白宫科学与技术政策办公室的燃料电池专家亨利·凯利说。
不幸的是,超越火的时代到目前为止证明是相当昂贵的。燃料电池的工作方式有点像电池,通过受控的化学反应产生电力。主要区别在于,只要其能量得到补充,燃料电池可以无限期运行。这需要昂贵的部件:铂金催化剂,价格比黄金还贵,以及由熔融碳酸盐或固体氧化物陶瓷等异国材料制成的电解质(表)。为了使它们能够使用比氢更容易获得的燃料——例如天然气——开发者必须添加昂贵的燃料处理器。这就是为什么直到最近,燃料电池只在资金不是问题的地方使用:外太空。
但是燃料电池的吸引力如此强烈,以至于使其变得可负担已成为美国、加拿大、日本和欧洲研究人员的执念。现在它们正处于商业化的边缘。第一个大市场——用于公用事业、医院等的固定电源——正在出现。在未来十年,燃料电池应该开始为从公交车到潜艇的大型车辆提供动力,并替代一些高价电池。乐观主义者预测,早在2010年,几款燃料电池驱动的汽车可能会开始出现在汽车展厅中。
目前市场上唯一的燃料电池——由国际燃料电池公司(IFC)制造的200千瓦磷酸燃料电池单元——正在赢得医院和办公室的青睐,作为柴油发电机更可靠且更清洁的替代品。IFC是美国联合技术公司和日本东芝公司的合资企业,位于康涅狄格州南温莎,预计今年将销售40个单元。今年4月,美国建造的最大燃料电池——由位于康涅狄格州丹伯里市的能源研究公司制造的2兆瓦单元——开始生产足够的电力,以满足加利福尼亚州圣克拉拉市一个示范项目中1000个家庭的需求。
5月14日,戴姆勒·奔驰在柏林举行了一场盛大的新闻发布会,揭幕了一款由燃料电池驱动的梅赛德斯小型面包车。“在我们看来,燃料电池是今天汽车发动机最有前途的替代品,”梅赛德斯-奔驰首席执行官赫尔穆特·维尔纳宣称。他的热情反映了令人惊讶的进展。自1989年以来,加拿大的巴拉德公司将其燃料电池的紧凑性提高了十倍。而巴拉德和其他公司将所需的铂金数量从1984年高达33,000美元的不可承受水平降低到不到500美元。全球主要汽车制造商都在竞相开发燃料电池汽车。
可以肯定的是,梅赛德斯的厢式车是迄今为止最先进的燃料电池汽车,最高时速刚刚超过65英里每小时,续航里程仅约150英里,之后需要加注压缩氢气。接下来,这辆车必须配备一个昂贵的处理器,以便能够使用甲醇而不是瓶装氢气。
梅赛德斯相信,它可能在10年内开始有限生产,并可能在2020年实现大规模生产。但要实现这一目标,成本必须降至每千瓦50美元左右。即使到2005年,戴姆勒的燃料电池系统的成本也至少为每千瓦340美元,汽车制造商的燃料电池项目经理尤尔根·K·H·弗里德里希估计。其他人则更加谨慎。“总有一天这会是需要的,但我活不到那时。我觉得我还有大约30年的生命,”58岁的布拉德福德·B·贝茨说,他在福特汽车公司担任替代能源来源的燃料电池主管。
这就是为什么大多数燃料电池公司首先瞄准其他市场。在固定电力市场中,规模并不是那么关键,制造商可以使用更笨重、成本更低的设计。而且还有很多小众市场可以维持高价。例如,凯瑟医疗集团在其加利福尼亚的三家医院安装了四个200千瓦的IFC单元。其中一个已经连续运行超过一年,没有进行维护。而且燃料电池的排放“比洛杉矶的环境空气更清洁,”凯瑟的能源专家托马斯·A·达姆伯格说。此外,美国能源部提供33%的补贴,将价格降低到每千瓦2000美元。凯瑟希望在加利福尼亚安装多达160个燃料电池。
接下来,国际金融公司(IFC)主席H. David Ramm将针对那些存在局部容量短缺的电力公司。铺设新的电力线路既昂贵又耗时,因此对于电力公司来说,在新的工厂或办公楼内使用燃料电池发电可能很快会变得更便宜。
专家们认为,大多数电力客户会静观其变,直到价格降到每千瓦1,500美元或更低。IFC的Ramm称之为“一个可怕的鸡与蛋问题”。他的解决方案是针对那些愿意支付额外费用的客户,慢慢建立规模,并努力削减成本。他的目标是到1999年将一个基本单元的价格减半,降至每千瓦1,500美元。由于这个价格与一些传统替代品相差不大,他认为可以每年销售“数百到1,000个单元”。
其他燃料电池的可负担性更低。能源研究公司的圣克拉拉工厂建设成本为5,000万美元,或每千瓦25,000美元。ERC总裁Bernard S. Baker表示,随着产量的增加,他可以将价格降低20倍,降至每千瓦1,200美元。同样,西屋电气公司(Westinghouse Electric Corp.),固体氧化物燃料电池的世界领导者,表示到2005年其工厂的成本将仅为每千瓦1,000美元。在这个价格下,西屋预计年市场为5亿美元。
这样的说法很便宜。但即使许多电力公司也认为,燃料电池非常适合满足日益增长的“分布式电力”需求,这种电力离最终用户更近。与此同时,美国军方相信,燃料电池很快可能成为通信设备中电池的优越替代品。对移动电力的需求已经如此之大,以至于前往进行长期演习的海军陆战队有时会放弃食物以换取更多的电池。对于平民来说,总部位于新泽西州贝尔维尔的H Power Corp.正在开发燃料电池,以取代便携式计算机和摄像机中的电池。
“一个突破。”至于巨大的运输市场,燃料电池相较于其主要的清洁汽车竞争对手——电池,具有很大的优势。第一款商业电动汽车——通用汽车公司的电池驱动EV1——续航仅为70到90英里,充电时间长达10小时。燃料电池汽车最终可能具有与汽油动力汽车相同的续航,并且加油速度也一样快。
戴姆勒目前可能处于领先地位,但丰田汽车公司承诺“不会太久”就会推出自己的车辆。在美国,三大汽车公司正在开发燃料电池,作为他们合作的新一代车辆伙伴关系的一部分。
“我从未像现在这样对燃料电池的突破感到如此自信,”约翰逊·马修公司董事总经理格雷厄姆·蒂特科姆说,他的公司在阿波罗计划之前就已参与该技术。正如汽车取代马匹成为美国主要交通工具花费了25年一样,燃料电池要实现其全部潜力也需要几十年。但尽管汽车从洛杉矶到东京都污染了空气,燃料电池应该会开启一个增长不一定意味着污染的时代。