基于乙醇燃料的混合動力汽車新型高效可行系統

雖然乙醇可以直接作為質子交換膜燃料電池（PEMFC）的燃料，但由于其在陽極存在較低的氧化動力學特性及陰極的滲透特性導致能量轉換效率顯著降低。同時,在以燃料電池作為驅動能源的汽車中,動力系統包括將乙醇轉換為氫氣的蒸氣重整器,其產生的氫氣中含有CO，這將會限制乙醇在PEMFC中的應用。針對使用PEMFC的電動汽車，提出了一種新型系統，其含有1個乙醇脫氫催化反應器,用來制取氫氣,進而燃料電池進行發電。同時，該系統有助于解決氫氣生產、輸送和存儲的相關問題。該系統反應器生成的液體副產品可被用作內燃機燃料,或者通過催化再生技術提取更多的氫氣。

乙醇水蒸氣重整制氫技術（SRE）是比較完善的技術,在高溫環境下反應，以減少在催化劑上的焦炭沉積和提高氫氣產量。然而，熱力學上出現的逆水汽變換（WGS）過程將會產生CO，為此確定了一種活躍的催化劑，由乙醇直接制取得到乙酸乙酯和氫氣，在250℃的情況下,通過銅基催化劑的耦合脫氫過程,乙醇80%以上可以轉換為乙酸乙酯，2C 2H 5OH→CH 3COOC 2H 5+2H 2。

由于在反應過程中,沒有C-C鍵斷裂,所以乙醇脫氫過程不會生成CO和CO 2，通過優化Cu/ZrO 2催化劑表面特性可以使乙醇轉化為乙酸乙酯而抑制乙醛的生成。脫氫催化反應器裝置所需的熱能由混合動力汽車燃燒廢氣中的熱量提供。催化劑中Cu/ZrO 2的配比關系利用等體積浸漬方法由甲醇催化反應的催化劑得到。在催化劑的作用下，催化反應主要形成了乙酸乙酯、乙醛、甲基乙基酮、醛、丙酮等產物。接觸時間越長或W/F（W是催化劑質量，F是催化反應器中乙醇的流量）越大，乙醇的轉化率越高。試驗結果表明,使用由乙醇脫氫反應器生成富氫氣體的PEMFC能量密度可以與使用純氫作為燃料的PEMFC相比。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2015年第294期

作者：Andre G. Sato et al

編譯：何云廷