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1、綠色能源概論,燃料能源,大綱與目的,能源是一切經濟活動的動力來源，與社會經濟發展息息相關。目前為止，全球能源的來源有化石能源、核能、水力、地熱及太陽能等。但以往在一味追求經濟成長之情況下，因大量使用造成嚴重空氣污染及溫室效應，如何抑制溫室氣體排放成為國際間極為關心的問題。由於燃料取得相對較為容易、發電效率高、用途廣，以及技術發展日趨成熟穩定，在諸多清潔的新能源中，以燃料電池的發展最受重視。,原理,燃料電池是一種直接將燃料之化學能轉換為電能的裝置，運作原理可解釋為水電解的逆反應。構成燃料電池得基本元件包括電極(electrode)、電解質薄膜(electrolyte membrane)以及集電器
2、(current collector)等。,當燃料以氫氣由陽極進入，氫氣被觸媒分解成為氫質子與電子，電力是由電子的流動而產生。另外氫質子則穿過電解質與從陰極來的氧氣，並且再加上回路的電子結合之後產生水和熱。,陰極：1/2O2+2e-O2-陽極：H2+O2-H2O+2e-總反應：H2+1/2O2H2O,燃料電池的種類,1.鹼性燃料電池(AFC)2.質子交換膜燃料電池(PEMFC)3.磷酸燃料電池(PAFC)4.熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)5.固態氧化物燃料電池(SOFC),質子交換膜型燃料電池(PEMFC),質子交換膜燃料電池是用離子交換膜當作電解質，其薄膜表面塗有可加速反應的觸媒(大部分為白
3、金)，薄膜兩側分別提供氫氣及氧氣，氫原子被分解為兩個質子和兩個電子，質子被氧吸引，再和經由外電路到達的電子形成水分子。由於使用到白金，因此成本昂貴，但若減少其使用量，卻會導致操作溫度高升，且白金易與一氧化碳反應而產生中毒現象。操作溫度約6080C，又低腐蝕性，且具高功效密度之特性，,優 點 1.壽命長 2.可用空氣作氧化劑 3.室溫工作低 4.功率大 5.啟動迅速 6.輸出功率可隨意調整,缺 點 1.對CO非常敏感 2.反應物需要加濕,儲氫瓶,H2,H2,H2,H2,H2,H2,O2,H+,O2,O2,O2,O2,H+,H+,H+,H+,H+,O2,H+,H+,H+,H+,H+,H+,e-,e
4、-,e-,e-,e-,e-,單一電池元件,熱和水,陽極,O2,質子交換膜,陰極,導氣板,導氣板,串成一組,熔融碳酸鹽型電池(MCFC)又稱第二代燃料電池,以鹼金屬(鋰、鈉、鉀)碳酸鹽為電解質，因此類碳酸鹽只有在熔融狀態時，才可發揮離子傳導之功能，所以操作溫度要在熔點以上(600C700C)為高溫型燃料電池，電極方面則使用俱透氣性之多孔質的鎳。在操作溫度下，陰極的二氧化碳和氧起產生反應，形成碳酸根離子，而碳酸根離子又經電解質至陽極與氫氣反應，產生二氧化碳及水蒸氣，接著二氧化碳經陽極回收後，可再循環至陰極使用。,優 點1.可用空氣作氧化劑2.可用天然氣或甲烷 作燃料,缺 點工作溫度較高,e-,e-
5、,e-,e-,e-,e-,e-,e-,e-,e-,H2,O2,O2,CO2,CO2,CO2,H2O,CO2,CO32-,陽極,陰極,電解液,CO2進入,水和熱排出,氫入口,氧入口,燃料電池的應用,固定式發電,目前全世界已有超過2,500個燃料電池發電系統正在運作，供應醫院、療養院、旅館、辦公大樓、學校、機場及發電廠等之主要或備援的電力。在大型的建築系統中，使用氫燃料發電設備與傳統的電力供應服務相比，可節省2040%的設施運轉費用。若技術不斷提昇又能兼顧製造成本的降低，燃料電池輸電系統甚可能在未來取代現行的高壓電力網絡之供電模式。,住宅用電,由於燃料電池運作時幾乎無噪音，空氣污染近乎零，而且排放
6、的廢熱還可以回收用於產生熱水及暖氣，故特別適於家居之應用。現行許多正在測試的原型系統或住宅示範案例，均採用原地供應的天燃氣或丙烷作為燃料。,垃圾掩埋場及廢水處理廠,垃圾掩埋及廢水處理中常會產生沼氣，其主要成份為甲烷氣體。將此種氣體經過轉化器之作用即可萃取出氫氣。目前美國各地的許多掩埋場及廢水廠皆已採用燃料電廠方案，一方面減少廢氣的排放量，另一方面又將其回收利用來產生電力，供應廠區自身所需的電力。,交通運輸,所有的汽車主要大廠均在發展燃料電池車輛(Fuel Cell Vehicle)，有的已進入試產階段。本田(Honda)與豐田(Toyota)汽車均已在美國加州及日本當地開始經營出租FCV的業務
7、。由於燃料載運技術的瓶頸及氫氣供應基礎建設之不足，汽車業者及專家們大多認為，2010年以前FVC汽車尚無法真正商業化。其它運輸工具的應用也是料想得到的，諸如巴士、列車、飛機、摩托車、高爾夫球車、堆高機等，舉凡現已有電氣化設計的車輛均可適用。,國防安全性,燃料電池的優點,燃料電池發電設備具有散佈性的特質，它可讓地區擺脫中央發電站式的電力輸配架構。燃料電池設備可採集中也可採分散性配置，進而降低了敵人欲癱瘓國家供電系統的風險。,環境親和性,燃料電池運用能源的方式大幅優於燃油動力機排放大量危害性廢氣的方案，其排放物大部份是水份。某些燃料電池雖亦排放二氧化碳，但其含量遠低於汽油之排放量(約其1/6)。,
8、燃料多樣性,現代種類繁多的電池中，雖然仍以氫氣為主要燃料，但配備燃料轉化器(或譯重組器，fuel reformer)的電池系統可以從碳氫化合物或醇類燃料中萃取出氫元素來利用。此外如垃圾掩埋場、廢水處理場中厭氧微生物分解產生的沼氣也是燃料的一大來源。,1.利用重組反應自甲烷中產生 2.水電解法3.煤炭氣化結合水-氣轉化反應(WGS)4.利用太陽能來製造氫與氧 5.可從植物或其它排泄物中分離出氫氣 6.細菌或綠藻可以藉由光合作用來製造氫,氫的其它來源,高效能,由於燃料電池的原理係經由化學能直接轉換為電能，而非產生大量廢氣與廢熱的燃燒作用，現今利用碳氫燃料的發電系統電能的轉換效率可達4050%；直接
9、使用氫氣的系統效率更可超過50%；發電設施若與燃氣渦輪機併用，則整體效率可超過60%；若再將電池排放的廢熱加以回收利用，則燃料能量的利用率可超過85%。,傳統熱機發電：化學能(燃燒)熱能機械能電能燃料電池發電：化學能(電化學反應)電能,燃料電池的缺點,反應/啟動性能,燃料電池的啟動速度尚不及內燃機引擎。反應性可藉增加電極活性、提高操作溫度及反應控制參數來達到，但提高穩定性則必須避免副反應的發生。反應性與穩定性常是魚與熊掌不可兼得。,碳氫燃料無法直接利用,除甲醇外，其它的碳氫化合物燃料均需經過轉化器、一氧化碳氧化器處理產生純氫氣後，方可供現今的燃料電池利用。這些設備亦增加燃料電池系統之投資額。,燃料電池造價偏高,質子交換隔膜(USD300/m2)約佔成本之35%;鉑觸媒約佔40%，二者均為高貴材料。,氫氣儲存技術,目前FCV的氫燃料是以壓縮氫氣為主，車體的載運量因而受限，每次充填量僅約2.53.5公斤，尚不足以滿足現今汽車單程可跑 480650公里的續航力。以-253保持氫的液態氫系統雖已測試成功，但卻有重大的缺陷：約有1/3的電能必須用來維持槽體的低溫，使氫維持於液態，且從隙縫蒸發而流失的氫氣約為總存量的5。,氫氣儲存方法,第一組成員,楊勝惟,林俊琦,尋找資料及統合,林佳民,陳煜勳,PTT的製作,張昌民,蔡博丞,海報製作,謝謝您的觀看,
