如何有效利用環保氫氣

合理利用氫氣有望實現碳中和，目前已具備低成本生產可再生的環保氫氣的技術手段，如何將此類氫氣有效地利用是眼下的課題。

株式會社電裝（以下簡稱“電裝”）正致力于開發固體氧化物燃料電池 （SOFC），這是一種通過氫氣與其他燃料和氧氣之間的化學反應產生電力和熱量的燃料電池。并且為了促進碳中和的實現，在開發過程中需同時兼顧環境友好和經濟適用。

以“效率”為特征的SOFC

燃料電池通過氫氣與其他燃料和氧氣之間的化學反應產生電力和熱量。當氫氣作為燃料使用時，發電過程中只產生水不產生二氧化碳，是一種非常理想的清潔能源。

根據使用的電解質和工作溫度進行燃料電池的類型劃分。FCEV（燃料電池汽車）中所使用的燃料電池稱為PEFC，PEFC使用高分子隔膜作為電解質膜。高分子隔膜在約100°C下反應，其特點是啟動時間短。SOFC使用的是陶瓷隔膜，其反應溫度可高達700℃。由于溫度高，啟動時間比PEFC長，但同時也具備能源效率高的特點， 因此更適用于固定裝載模式。

此外,SOFC的另一個特點是可以通過使用碳衍生燃料進行發電，包括城市燃氣，這是市場上使用最廣泛的氣體燃料。

電裝在SOFC的大膽挑戰

盡管SOFC是一種正在實際用于家庭和商業用途的產品，但電裝希望通過自身的技術以更高的發電效率為目標，實現能源零浪費使用，為減少碳排放做出貢獻，進一步提高SOFC的環境友好性。

普及SOFC所需克服的挑戰

電裝環境中和系統開發部表示：“一般來說，燃料電池將大約20%的燃料流向下游過程而不發生反應，因為負責發電的電池非常敏感，如果試圖反應所有的燃料，電池就會受損。雖然可以防止電池劣化，但也造成了能量損失，阻礙了發電效率的提高。而電裝的挑戰就在于如何在不浪費的情況下充分使用能源”

“另一方面，如果電池使用壽命短，更換零件和進行維護的成本就會更高，從經濟角度來看，應用普及會更加困難。提高使用壽命的一個主要挑戰是發電部件和金屬材料的耐久性。由于內部溫度高達700°C，溫度波動對使用壽命有直接影響。因此盡管與發電效率有關，但內部溫度控制對于實現長使用壽命非常重要。”

為此，電裝旨在通過其在開發移動性產品所研發的熱管理技術進一步解決“提高SOFC發電效率”以及“延長電池使用壽命”兩大課題。

解決SOFC課題的電裝之道

在電池堆排放的20%未使用的燃料中，10%返回入口側（回收），剩下的10%在燃燒器中燃燒，熱量被重新用于燃料改質器和其他設備。電裝所使用的液壓泵即使在高溫條件下也可正常運行，通過熱量回收可進一步提高發電效率。在高發電率條件下，為了延長電池壽命,將電池堆和每個部件保持在目標溫度也很重要。

電裝的目標是通過利用輻射熱的技術來解決這個問題，即使物品之間沒有直接接觸，輻射熱也會以電磁波的形式傳播。通過控制組件布局和高溫流體的流動等熱管理技術來解決這個問題。

因此，通過利用循環技術和熱管理技術，電裝正在開發發電效率高于65%且使用壽命更長的產品。

為后續的普及夯實基礎

普及SOFC的關鍵是實現穩定地大規模生產高質量的產品。電裝秉承著對產品品質的承諾以及自身所具備的大規模生產高質量產品的生產技術，在SOFC項目的早期階段就讓制造部門參與其中，以便在設計階段即可研發出高性能產品，為后續批量生產夯實基礎。

著眼于碳中和未來

實現SOFC進一步發展

電裝正利用自身優勢克服開發SOFC的發電效率和電池壽命等課題，為了進一步提高經濟適用性，SOFC在支持各種燃料的應用方面也非常重要。因此，電裝也著手于開發能夠同時適用城市燃氣與環保氫氣的混合燃料SOFC，通過對混合燃料的兼容達到大幅減少二氧化碳排放的目的。

未來，電裝將著眼全球，朝2035年實現碳中和的目標進一步邁進，攜手擁有共同愿景的合作伙伴一起迎接未來的挑戰。

以上內容和圖片均來自于電裝官網

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