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加利福尼亞州噴泉谷—您家馬桶裡的東西可能很快就能為您的汽車提供動力，並幫助減少溫室氣體排放。
在洛杉磯這個郊區，燃料電池能源公司正在運營世界上第一個“三聯產”工廠，該工廠將汙水轉化為工業設施的電力和交通燃料的可再生氫氣。
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該系統依靠來自橙縣衛生區市政汙水處理廠的厭氧消化沼氣執行。一個 300 千瓦時的熔融碳酸鹽燃料電池利用沼氣產生熱量、電力和氫氣——使其成為一個“三聯產”系統。
燃料電池產生的氫氣被捕獲、壓縮並輸送到現場公共加氫站，供燃料電池汽車 (FCV) 使用。該能源站每天生產約 100 公斤可再生氫氣，足以為多達 50 輛汽車加註燃料。
噴泉谷站的參觀者必須佩戴安全帽、橙色背心和笨重的鋼頭鞋套。在春季溫暖的一天，汙水處理廠周圍飄散著一股刺鼻的氣味。但這並沒有削弱傑克·布勞威爾對該專案的熱情。
“我喜歡它。它就像我的孩子，”加州大學歐文分校機械與航空航天工程副教授布勞威爾說。十多年來，他一直與燃料電池能源公司合作開發三聯產工廠。空氣產品公司也參與了該專案。
“並非每個人都從 2001 年開始研究一個想法，然後眼睜睜地看著它變為現實——真正為汙水處理廠供電，並將零排放燃料注入本身也實現零排放的燃料電池汽車，”他說。“拜託，這真是太棒了。”
更多地依賴本土燃料
現代汽車公司、豐田汽車公司和本田汽車公司這三家主要汽車製造商已宣佈，他們將在明年推出商用 FCV。其他幾家公司計劃在本十年末之前釋出汽車。
加州大學戴維斯分校估計，到 2025 年左右，加利福尼亞州（汽車製造商和基礎設施開發商正在重點關注的市場）道路上的 FCV 數量可能達到 25 萬輛。這將使 FCV 佔加利福尼亞州輕型汽車的 1%，佔年度輕型汽車銷量的 6%。從百分比來看，這一增長率與混合動力汽車在美國的普及率相當。
隨著數萬輛 FCV 即將上市，公共和私營部門的利益相關者正在尋找清潔且經濟實惠的方式來生產和分配為其提供燃料的氫氣。
如今，美國絕大多數氫氣都是使用天然氣製成的。工業氣體公司每年生產數百萬噸氫氣，用於提煉燃料和製造其他消費品。
在短期內，為交通運輸市場製造氫氣最便宜的方法是擴大現有的氫氣經濟。但從長遠來看，假設汽車銷量達到預期，依靠化石燃料製造氫氣將不利於氣候減緩目標。在大型區域設施生產氫氣，然後建造管道或燃燒燃料將其運送到全國各地的個別加氫站，也將變得越來越昂貴且效率低下。
三聯產不僅是可再生的，而且還具有在燃料使用地附近生產燃料的優勢。哪裡有人，哪裡就有廢物。
燃料電池能源公司總裁兼執行長奇普·博託內表示：“分散式氫氣最終將勝出，就像分散式發電在[電力]供應中佔有很大一部分一樣。” “問題是什麼時候。”
三聯產並非唯一適合分散式生產的技術。小規模天然氣重整和電解（分解水以制氫）也可以在現場完成。
加州燃料電池合作組織傳播主管克里斯·懷特說：“我認為氫氣最大的好處之一是它可以從當地資源在當地生產。” “因此，如果您所在的地區已經有使用天然氣的制氫廠，您就可以利用它。如果您像華盛頓州和俄勒岡州這樣是一個水資源非常豐富的州，您可以從電解中製造大量氫氣。如果您是一個農業廢棄物非常豐富的州，例如加利福尼亞州，您可以從農業廢棄物中製造氫氣。”
使天然氣更環保
加利福尼亞州法律要求該州生產的所有氫氣中，有 33% 必須來自可再生資源。大多數公司透過從垃圾填埋場或汙水處理廠購買甲烷，並將其輸送到集中式蒸汽甲烷重整設施來滿足可再生燃料的要求。
這種甲烷與天然氣（也是甲烷，但屬於化石燃料）混合在一起。因此，從數學角度來看，給定加油站出售的氫氣中有三分之一來自可再生資源。
總部位於加利福尼亞州的初創公司 FirstElement Fuel Inc. 最近從加利福尼亞能源委員會獲得了 2760 萬美元的贈款，用於建設 19 個加氫站（是所有公司中最多的），該公司正在建設兩個完全可再生的加氫站。這意味著他們將購買足夠多的廢物甲烷，以抵消這兩個加氫站的所有燃料。
FirstElement Fuel 首席開發官兼負責人肖恩·斯蒂芬斯表示，這類似於電力市場，公司購買可再生電子以實現其氣候目標，但不在現場使用這些電子。他補充說，加利福尼亞州的可再生電力強制性標準目前為 20%，而氫氣的強制性標準為 33%。
斯蒂芬斯說：“我有點沮喪，因為很多人批評氫氣來自天然氣，而且不夠綠色。” “但至少在加利福尼亞州（正在使用氫氣的地方），氫氣目前的可再生能源組合標準遠高於全國任何地方。”
為了實現加利福尼亞州的可再生氫氣目標，工業氣體公司液化空氣公司計劃使用來自佐治亞州全國各地垃圾填埋場的甲烷。在蒸汽重整過程中將這種甲烷（有時稱為沼氣）新增到標準甲烷中，是目前創造可再生氫氣最具成本效益的方法。但液化空氣公司和其他公司正在關注競爭對手可能使用的其他途徑。
FirstElement Fuel 的斯蒂芬斯表示：“我認為三聯產專案非常有吸引力。”該公司正在與燃料電池能源公司洽談開發更商業化的噴泉谷專案版本。
FirstElement 的重點是在明年建成並運營其 19 個加氫站，因此正在利用現有的氫氣經濟。但該公司正在鼓勵制氫商探索新的可再生氫氣途徑。
斯蒂芬斯說：“鑑於我們對燃料電池汽車的預期銷量和對氫氣的需求有所瞭解，我認為現在是開發商業化、更大規模的[三聯產]專案的合適時機。”
他補充說：“專案開發需要一兩年時間。” “因此，當這樣的系統上線時，我認為我們將開始看到燃料電池市場出現適當的需求。”
等待需求
廢物流可以提供的燃料量是有限的。加州大學歐文分校的布勞威爾表示，在加利福尼亞州所有汙水處理廠安裝三聯產工廠可以滿足該州約 10% 的整體交通燃料需求。
“我們使用如此多的燃料，以至於我們無法用這種方式取代我們所有的交通運輸需求，”他說。“但我們可以取代其中的很大一部分。這非常重要。”
燃料電池能源公司的核心業務不是生產交通燃料；而是製造和運營燃料電池，用於為 1000 戶或更多家庭提供清潔、可靠的基礎負荷電力的固定式發電廠。
博託內說：“與過去相比，我今天更熱衷於[交通運輸市場]，因為這實際上不再是技術問題。” “我認為這更多的是一個更容易解決的應用融資問題。”
燃料電池能源公司獲得了能源部 220 萬美元的贈款，用於建設第一個三聯產系統。該系統每天僅生產 100 公斤氫氣，其設計目的是作為概念驗證，而不是在商業上可行。但如果每天生產 600 公斤氫氣，它可能會具有競爭力。
擴大規模將證明資本支出的合理性，並降低燃料成本。目前加利福尼亞州氫氣的價格約為每公斤 10 美元，這大約相當於目前每英里汽油的價格。燃料電池能源公司聲稱，如果以每天 600 公斤的生產率計算，其三聯產技術可以以每公斤 7 美元的價格生產氫氣。出售原本是廢物流的東西也可以為資金緊張的市政當局創造收入。
博託內說，問題在於根本沒有 600 公斤的氫氣需求。燃料電池能源公司現在正在交通運輸部門之外尋找為工業氣體市場和各種固定式燃料電池系統提供可再生氫氣的方式。
他說：“需要制定一項策略，使我們能夠創造足夠的需求，也許在短期內，這並不完全是關於汽車的需求。”
明日預告：利用氫氣平衡未來的電網。
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