【大纪元12月11日讯】（大纪元记者陈常鹏综合报导）近年来油价不断飙高，全球能源颇有面临枯竭之忧。另一方面石化燃料燃烧产生之废气所致之温室效应，已在全球各地屡酿巨祸。世界为达成后京都议定书时代温室气体减量的目标，科技大国纷纷寻求洁净且具经济效益的替代性能源。以氢气为燃料的燃料电池（Fuel Cell），具有零污染、高电能转换效率、低噪音及可再生性等特点，已成为为全球寄予厚望的绿色能源。继前文介绍过燃料电池的演进及种类后，本篇再介绍燃料电池的应用、优点及目前的技术瓶颈，作一总结。
◎ 燃料电池的应用
自燃料电池的原理被发现至今一百六十多个年头以来，虽然其技术的发展曾因石化燃料丰富的蕴藏配合内燃机技术的迅速发展而被忽视过。但由于工业时代的经济环境，放纵人类欲望的无限制扩张，在竞争下为求立即的享乐及获利，资源的耗用罕有节制，更遑论与大自然之谐调，总总因素加速了地球石油能源的耗尽，并造成环境的污染。1970年代以来历经几波的能源危机与1980年代后日渐高涨的环保意识，人们终于肯正视无度工业化的弊端，各工业大国均开始倡导绿色能源之利用。
在此背景下，燃料电池近几年来的应用与发展逐渐开花结果，不但提升了供电性能，其应用亦已深入至人们每日的食衣住行。小至行动电话、膝上型电脑；大至太空梭、高楼大厦、发电厂等都有燃料电池发挥的空间。在此依各种不同的应用，将燃料电池分为以下几种类型。
固定式发电
目前全世界已有超过2,500个燃料电池发电系统正在运作，供应医院、疗养院、旅馆、办公大楼、学校、机场及发电厂等之主要或备援的电力。在大型的建筑系统中，使用氢燃料发电设备与传统的电力供应服务相比，可节省20~40%的设施运转费用。若技术不断提升又能兼顾制造成本的降低，燃料电池输电系统甚可能在未来取代现行的高压电力网络之供电模式。
住宅用电
燃料电池技术用于重要地区之高压输配电线路网的辅助电力或备用电力，或是用在独立于电力网之外的偏远地区或电力电缆难以到达的现场之电力供应等，均是理想的发电装置。此外，由于燃料电池运作时几乎无噪音，空气污染近乎零，而且排放的废热还可以回收用于产生热水及暖气，故特别适于家居之应用。现行许多正在测试的原型系统或住宅示范案例，均采用原地供应的天燃气或丙烷作为燃料。
交通运输
所有的汽车主要大厂均在发展燃料电池车辆(Fuel Cell Vehicle)，有的已进入试产阶段。本田(Honda)与丰田(Toyota)汽车均已在美国加州及日本当地开始经营出租FCV的业务。由于燃料载运技术的瓶颈及氢气供应基础建设之不足，汽车业者及专家们大多认为，2010年以前FVC汽车尚无法真正商业化。
其它运输工具的应用也是料想得到的，诸如巴士、列车、飞机、摩托车、高尔夫球车、堆高机等，举凡现已有电气化设计的车辆均可适用。
可携式电源
小型化的燃料电池一旦成功地进入市场，消费者使用行动电话想要一个月内都不须充电的愿望应可实现。燃料电池可能改变通讯技术的发展，为笔记型电脑、个人数位助理器、可携式影音媒体播放器等，提供比二次充电电池更长的供电时间。
由于燃料电池具有可微型化的特点，未来可应用于摄像机、可携式工具、低功率遥控装置、助听器、烟火检知器、防盗器及军用品等，不一而足。目前正值研发阶段的直接甲醇式燃料电池(DMFC)是这型应用的主流。甲醇即俗称之木精或工业酒精，为廉价的燃料，但电能转换效率是所有燃料电池之最差者。
垃圾掩埋场及废水处理厂
垃圾掩埋及废水处理中常会产生沼气，其主要成分为甲烷气体。将此种气体经过转化器之作用即可萃取出氢气。目前美国各地的许多掩埋场及废水厂皆已采用燃料电厂方案，一方面减少废气的排放量，另一方面又将其回收利用来产生电力，供应厂区自身所需的电力。
◎ 燃料电池的优势
目前的科技手段中，尚没有一项能源生成技术能如燃料电池一样将诸多优点集合于一身。
能源安全性
自1970年代的石油危机后，各大工业国对石油的依赖仍有增无减，而且主要靠石油输出国的供应。美国载客车辆每日可消耗约600万桶油，占油料进口量之85%。若有20%的车辆采用燃料电池来驱动，每日便可省下120万桶油。
国防安全性
燃料电池发电设备具有散布性的特质，它可让地区摆脱中央发电站式的电力输配架构。长距离、高电压的输电网络易成为军事行动的攻击目标。燃料电池设备可采集中也可采分散性配置，进而降低了敌人欲瘫痪国家供电系统的风险。
高可靠度供电
燃料电池可架构于输配电网络之上作为备援电力，也可独立于电力网之外。在特殊的场合下，模组化的设置(串联安装几个完全相同的电池组系统以达到所需的电力)可提供极高的稳定性。经过适当规划的电池系统可以达到的99.9999%可靠度，即6年内的断电时间可少于1分钟。
燃料多样性
现代种类繁多的电池中，虽然仍以氢气为主要燃料，但配备“燃料转化器(或译重组器，fuel reformer)”的电池系统可以从碳氢化合物或醇类燃料中萃取出氢元素来利用。此外如垃圾掩埋场、废水处理场中厌氧微生物分解产生的沼气也是燃料的一大来源。
利用自然界的太阳能及风力等可再生能源提供的电力，可用来将水电解产生氢气，再供给至燃料电池，如此亦可将“水”看成是未经转化的燃料，实现完全零排放的能源系统。只要不停地供给燃料给电池，它就可不断地产生电力。
高效能
由于燃料电池的原理系经由化学能直接转换为电能，而非产生大量废气与废热的燃烧作用，现今利用碳氢燃料的发电系统电能的转换效率可达40~50%；直接使用氢气的系统效率更可超过50%；发电设施若与燃气涡轮机并用，则整体效率可超过60%；若再将电池排放的废热加以回收利用，则燃料能量的利用率可超过85%。
目前用于车辆的燃料电池其能量转换率约为传统内燃机的3倍以上，内燃引擎的热效率约在10~20%之谱。
环境亲和性
科学家们现在已认定空气污染是造成心血管疾病、气喘及癌症的元凶之一。最近的健康研究显示，市区污染性的空气对健康的威胁如同吸入二手烟。燃料电池运用能源的方式大幅优于燃油动力机排放大量危害性废气的方案，其排放物大部分是水分。某些燃料电池虽亦排放二氧化碳，但其含量远低于汽油之排放量(约其1/6)。
燃料电池发电设备产生1000仟瓦-小时的电能，排放之污染性气体少于1盎斯；而传统燃油发电机则会产生25磅重的污染物。因此，燃料电池不仅可改善空气污染的情况，甚可能许给人类未来一片洁净的天空。
可弹性设置/用途广
燃料电池的迷人之处在于其多样风貌。除了前述的集中分散两相宜的特点外，它还具有缩放性。利用黄光微影技术可制作微型化的燃料电池；利用模组式堆叠配置可将供电量放大至所欲的输出功率。单一发电元所产生的电压约为0.7伏特，刚好能点亮一只灯。将发电元予以串接，便构成燃料电池组，其电压则增加为0.7伏特乘以串联的发电元个数。
燃料电池可供应的电力范围极广，如1W~1,000MW，故其应用的产品领域也很广。
其它优点
燃料电池尚有一些值得强调的特点：免充电、无火花、低噪音、无废弃物处理问题、高机动性等。
◎ 燃料电池的劣势
就当前的技术而言，燃料电池科技仍有一些技术瓶颈待克服，摘列如下。
燃料电池造价偏高： 车用PEMFC之成本中质子交换隔膜(USD300/m2)约占成本之35%;铂触媒约占40%，二者均为高贵材料。
反应/启动性能：燃料电池的启动速度尚不及内燃机引擎。反应性可藉增加电极活性、提高操作温度及反应控制参数来达到，但提高稳定性则必须避免副反应的发生。反应性与稳定性常是鱼与熊掌不可兼得。
碳氢燃料无法直接利用：除甲醇外，其它的碳氢化合物燃料均需经过转化器、一氧化碳氧化器处理产生纯氢气后，方可供现今的燃料电池利用。这些设备亦增加燃料电池系统之投资额。
氢气储存技术：目前FCV的氢燃料是以压缩氢气为主，车体的载运量因而受限，每次充填量仅约2.5~3.5公斤，尚不足以满足现今汽车单程可跑 480~650公里的续航力。以-253℃保持氢的液态氢系统虽已测试成功，但却有重大的缺陷：约有1/3的电能必须用来维持槽体的低温，使氢维持于液态，且从隙缝蒸发而流失的氢气约为总存量的5％。
氢燃料基础建设不足：氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全世界充氢站仅约70站，仍值示范推广阶段。此外，加气时间颇长，约需时5分钟，尚跟不上工商时代的步伐。(全文完)
参考资料
http://www.fuelcells.org/
http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm
http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=655&CL=18
http://cdnet.stpi.org.tw/techroom/market/energy_fuelcell/eng_fuelcell003.htm
“由碳能朝向氢能的燃料电池”, 许宁逸、颜溪成, 科学发展 2003年7月, 367期
(http://www.dajiyuan.com)
