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加利福尼亚州喷泉谷—您家马桶里的东西可能很快就能为您的汽车提供动力，并帮助减少温室气体排放。
在洛杉矶这个郊区，燃料电池能源公司正在运营世界上第一个“三联产”工厂，该工厂将污水转化为工业设施的电力和交通燃料的可再生氢气。
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该系统依靠来自橙县卫生区市政污水处理厂的厌氧消化沼气运行。一个 300 千瓦时的熔融碳酸盐燃料电池利用沼气产生热量、电力和氢气——使其成为一个“三联产”系统。
燃料电池产生的氢气被捕获、压缩并输送到现场公共加氢站，供燃料电池汽车 (FCV) 使用。该能源站每天生产约 100 公斤可再生氢气，足以为多达 50 辆汽车加注燃料。
喷泉谷站的参观者必须佩戴安全帽、橙色背心和笨重的钢头鞋套。在春季温暖的一天，污水处理厂周围飘散着一股刺鼻的气味。但这并没有削弱杰克·布劳威尔对该项目的热情。
“我喜欢它。它就像我的孩子，”加州大学欧文分校机械与航空航天工程副教授布劳威尔说。十多年来，他一直与燃料电池能源公司合作开发三联产工厂。空气产品公司也参与了该项目。
“并非每个人都从 2001 年开始研究一个想法，然后眼睁睁地看着它变为现实——真正为污水处理厂供电，并将零排放燃料注入本身也实现零排放的燃料电池汽车，”他说。“拜托，这真是太棒了。”
更多地依赖本土燃料
现代汽车公司、丰田汽车公司和本田汽车公司这三家主要汽车制造商已宣布，他们将在明年推出商用 FCV。其他几家公司计划在本十年末之前发布汽车。
加州大学戴维斯分校估计，到 2025 年左右，加利福尼亚州（汽车制造商和基础设施开发商正在重点关注的市场）道路上的 FCV 数量可能达到 25 万辆。这将使 FCV 占加利福尼亚州轻型汽车的 1%，占年度轻型汽车销量的 6%。从百分比来看，这一增长率与混合动力汽车在美国的普及率相当。
随着数万辆 FCV 即将上市，公共和私营部门的利益相关者正在寻找清洁且经济实惠的方式来生产和分配为其提供燃料的氢气。
如今，美国绝大多数氢气都是使用天然气制成的。工业气体公司每年生产数百万吨氢气，用于提炼燃料和制造其他消费品。
在短期内，为交通运输市场制造氢气最便宜的方法是扩大现有的氢气经济。但从长远来看，假设汽车销量达到预期，依靠化石燃料制造氢气将不利于气候减缓目标。在大型区域设施生产氢气，然后建造管道或燃烧燃料将其运送到全国各地的个别加氢站，也将变得越来越昂贵且效率低下。
三联产不仅是可再生的，而且还具有在燃料使用地附近生产燃料的优势。哪里有人，哪里就有废物。
燃料电池能源公司总裁兼首席执行官奇普·博托内表示：“分布式氢气最终将胜出，就像分布式发电在[电力]供应中占有很大一部分一样。” “问题是什么时候。”
三联产并非唯一适合分布式生产的技术。小规模天然气重整和电解（分解水以制氢）也可以在现场完成。
加州燃料电池合作组织传播主管克里斯·怀特说：“我认为氢气最大的好处之一是它可以从当地资源在当地生产。” “因此，如果您所在的地区已经有使用天然气的制氢厂，您就可以利用它。如果您像华盛顿州和俄勒冈州这样是一个水资源非常丰富的州，您可以从电解中制造大量氢气。如果您是一个农业废弃物非常丰富的州，例如加利福尼亚州，您可以从农业废弃物中制造氢气。”
使天然气更环保
加利福尼亚州法律要求该州生产的所有氢气中，有 33% 必须来自可再生资源。大多数公司通过从垃圾填埋场或污水处理厂购买甲烷，并将其输送到集中式蒸汽甲烷重整设施来满足可再生燃料的要求。
这种甲烷与天然气（也是甲烷，但属于化石燃料）混合在一起。因此，从数学角度来看，给定加油站出售的氢气中有三分之一来自可再生资源。
总部位于加利福尼亚州的初创公司 FirstElement Fuel Inc. 最近从加利福尼亚能源委员会获得了 2760 万美元的赠款，用于建设 19 个加氢站（是所有公司中最多的），该公司正在建设两个完全可再生的加氢站。这意味着他们将购买足够多的废物甲烷，以抵消这两个加氢站的所有燃料。
FirstElement Fuel 首席开发官兼负责人肖恩·斯蒂芬斯表示，这类似于电力市场，公司购买可再生电子以实现其气候目标，但不在现场使用这些电子。他补充说，加利福尼亚州的可再生电力强制性标准目前为 20%，而氢气的强制性标准为 33%。
斯蒂芬斯说：“我有点沮丧，因为很多人批评氢气来自天然气，而且不够绿色。” “但至少在加利福尼亚州（正在使用氢气的地方），氢气目前的可再生能源组合标准远高于全国任何地方。”
为了实现加利福尼亚州的可再生氢气目标，工业气体公司液化空气公司计划使用来自佐治亚州全国各地垃圾填埋场的甲烷。在蒸汽重整过程中将这种甲烷（有时称为沼气）添加到标准甲烷中，是目前创造可再生氢气最具成本效益的方法。但液化空气公司和其他公司正在关注竞争对手可能使用的其他途径。
FirstElement Fuel 的斯蒂芬斯表示：“我认为三联产项目非常有吸引力。”该公司正在与燃料电池能源公司洽谈开发更商业化的喷泉谷项目版本。
FirstElement 的重点是在明年建成并运营其 19 个加氢站，因此正在利用现有的氢气经济。但该公司正在鼓励制氢商探索新的可再生氢气途径。
斯蒂芬斯说：“鉴于我们对燃料电池汽车的预期销量和对氢气的需求有所了解，我认为现在是开发商业化、更大规模的[三联产]项目的合适时机。”
他补充说：“项目开发需要一两年时间。” “因此，当这样的系统上线时，我认为我们将开始看到燃料电池市场出现适当的需求。”
等待需求
废物流可以提供的燃料量是有限的。加州大学欧文分校的布劳威尔表示，在加利福尼亚州所有污水处理厂安装三联产工厂可以满足该州约 10% 的整体交通燃料需求。
“我们使用如此多的燃料，以至于我们无法用这种方式取代我们所有的交通运输需求，”他说。“但我们可以取代其中的很大一部分。这非常重要。”
燃料电池能源公司的核心业务不是生产交通燃料；而是制造和运营燃料电池，用于为 1000 户或更多家庭提供清洁、可靠的基础负荷电力的固定式发电厂。
博托内说：“与过去相比，我今天更热衷于[交通运输市场]，因为这实际上不再是技术问题。” “我认为这更多的是一个更容易解决的应用融资问题。”
燃料电池能源公司获得了能源部 220 万美元的赠款，用于建设第一个三联产系统。该系统每天仅生产 100 公斤氢气，其设计目的是作为概念验证，而不是在商业上可行。但如果每天生产 600 公斤氢气，它可能会具有竞争力。
扩大规模将证明资本支出的合理性，并降低燃料成本。目前加利福尼亚州氢气的价格约为每公斤 10 美元，这大约相当于目前每英里汽油的价格。燃料电池能源公司声称，如果以每天 600 公斤的生产率计算，其三联产技术可以以每公斤 7 美元的价格生产氢气。出售原本是废物流的东西也可以为资金紧张的市政当局创造收入。
博托内说，问题在于根本没有 600 公斤的氢气需求。燃料电池能源公司现在正在交通运输部门之外寻找为工业气体市场和各种固定式燃料电池系统提供可再生氢气的方式。
他说：“需要制定一项策略，使我们能够创造足够的需求，也许在短期内，这并不完全是关于汽车的需求。”
明日预告：利用氢气平衡未来的电网。
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