2019年3月14日，工信部會同發改委、科技部、公安部、生態環境部、交通部、衛生健康委、市場監督總局，以工信部聯節【2019】61號文件，正式下發了《關于在部分地區開展甲醇汽車應用的指導意見》。《指導意見》全面揭示和啟動了我國甲醇汽車的推廣應用，由此帶動了我國工業領域動力燃燒和熱力燃燒應用甲醇燃料的全面推進。3月19日，《指導意見》正式在工信部網站上公開發布，引起了行業和產業極大的關注，特別是《指導意見》中第五條指出的“鼓勵和支持企業研發甲醇混合動力汽車、甲醇增程式電動汽車、甲醇燃料電池汽車產品。加快甲醇汽車科研成果轉化及產業化應用”。可以說既是給新一代甲醇汽車的發展指出了方向，也是給甲醇汽車制造企業，乃至汽車行業提出了新的挑戰。相信甲醇燃料動力燃燒技術的應用，甲醇燃料電池技術的應用，一定會有一個較大和較快的發展。

《指導意見》下發后，由于我的工作性質原因，最近頻率較高地接觸到產業界對甲醇燃料電池汽車的一些疑慮和問題，特別是甲醇制氫技術、對燃料電池的要求、搭載整車應用等，還有一些已經在工信部、發改委和科技部組織甲醇汽車試點過程中已經解決的技術問題和回答過的認識問題。對此，我請上海博氫新能源科技有限公司董事長沈建躍博士撰寫此文，從甲醇燃料電池汽車國際發展歷程和中國發展現狀兩個視角，簡要介紹一下甲醇燃料電池汽車的基礎技術，與燃料電池汽車的關聯性。

沈建躍博士于上世紀八十年代開始從事燃料電池技術和產品的研發，并撰寫《大變革：甲醇能源時代》一書。該書由《后油氣時代甲醇經濟》作者&1994年諾貝爾化學獎得主GeorgeA.Olah作序。希望沈博士的文章能夠解答關注甲醇燃料電池汽車發展的朋友們心中的疑慮，也期待著汽車產業決策者們能開始對甲醇燃料電池汽車有一個全新的認識。

——工信部甲醇汽車試點工作專家組秘書長魏安力

十七世紀六十年代的英國科學家波義耳首先在某些植物枝干干餾后的液體產物中發現甲醇，所以甲醇又稱“木醇”，數百年來，人們通過“蒸餾木材”獲得甲醇這種可以燃燒的液體，可以算是對生物質“清潔利用”的鼻祖。

甲醇作為一種燃料，始于第二次世界大戰后期，當時德國、日本、意大利等國家礦產資源嚴重匱乏，為了不受制于人，甲醇被作為汽油的替代品使用，在那時發揮了巨大的作用，當時的德國開發出的“超級油料”就是甲醇、汽油和添加劑制成的成品燃料，由于當時的技術無法規避甲醇對金屬和橡膠件的腐蝕問題，德國將其用來充當火箭燃料。

甲醇再一次作為燃料進入人們的視野是在上世紀七十年代，被視為替代燃料以應對原油價格的沖擊。當時作為汽車行業的先鋒，德國奔馳公司基于S級轎車平臺開發出一款甲醇內燃機轎車。

在經歷過兩代Necar燃料電池車的研發后，1997年奔馳公司推出了第一臺以甲醇作為燃料的FCV，Necar3，它通過甲醇水蒸氣重整技術將甲醇重整，得到氫氣并將氫氣導入電堆發電，此過程中氫氣即產即用。它配有38升的甲醇箱可以支持這輛A級車連續行駛300公里以上。

使用甲醇作為燃料的Necar3燃料電池汽車

這款車的后座位置被用來放置甲醇重整裝置，電堆被安置在底盤處。如下圖：

使用甲醇作為燃料的Necar3燃料電池汽車透視圖

最有跨時代意義的是2000年推出的Necar5，這款車在Necar3的基礎上，在性能方面有著極大提升，尤其體現在“減體積”方面。電堆依舊被布置在底盤處，重整器、CO去除裝置均被扁平化集成在車底，功率達到75kW，續駛在400公里以上。

Necar5內部構造，具備高度的集成化的重整制氫系統

2002年5月20日至6月4日，3輛Necar5從舊金山出發，橫跨美國大陸抵達華盛頓，全程5000多公里，海拔從海平面到2600多米，這批車平均每行駛500多公里加注一次甲醇，歷時14天，完成了測試。當時項目負責人FerdinardPanik聲稱到2010年該款車型會量產，之后租給特定人群。

除了奔馳（北美）公司，1996-2004年間，本田公司也在燃料電池領域就甲醇重整制氫做了相應的研究，并推出了相關車型。

日本本田公司的甲醇重整氫燃料電池車

2017年4月，德國漢諾威展會上，丹麥SerEnergy公司推出一款基于純電版的日產車型eV200，是在原純電動車上用SerEnergy公司的5KW甲醇重整制氫燃料電池模塊做增程改裝，續駛里程可達800公里。

丹麥SerEnergy公司改裝的尼桑eV200，續駛800公里

該公司的甲醇燃料電池車的運行，促使丹麥建設了第一個甲醇加注站，這也是歐洲第一個甲醇加注站。

甲醇在歐美和日本均屬于化工產品，日常生活中人們和甲醇的關聯度不高，對甲醇的接觸和了解程度遠不如中國。

在中國，甲醇作為“燃料”，已經經歷了多年的發動機研發和實車推廣測試工作，甲醇供應鏈完備。

從2010年起，甲醇重整制氫的技術開始逐步得到行業的關注，并從2014年開始逐步推出產品。

甲醇重整制氫在海外經歷了長達10年（2006-2016年）的低潮期，僅僅在備用電源領域有所應用。而國內從2010年起，開始有企業對此關注，做相應的研究，但尚未嘗試將甲醇重整燃料電池系統集成到汽車上應用。

2011年，世界大學生運動會在深圳舉行。當年，市政府決定推廣2011輛新能源車，其中1000輛采用了磷酸鐵鋰電池。也正是這批電池催生了甲醇燃料電池在汽車上的應用：因為那一批的鋰電池電動車里程衰減太快，迫切需要解決方案，有人開始考慮用燃料電池給鋰電池隨車充電——增程式。

2015年，Mirai橫空出世，7萬美元的售價，113kW的電堆，一下子打開了中國氫燃料電池工作者的思路：燃料電池可以做到很便宜。性能上不需要一口氣達到100kW以上，可以從30kW開始。

在這個技術路線的指導下，基于甲醇重整燃料電池發電系統開始進入我國汽車制造業的視野，正式邁入中國汽車產業的發展舞臺，并由此開始在中國得到深入研究。

甲醇重整制氫+氫燃料電池系統作為“發電機”系統，主要有三種技術路線：

A.第一類技術是甲醇重整+高溫燃料電池，這類技術是現階段發展最快的技術路徑，已在電動車及其他特殊領域得到了眾多成功應用。

高溫燃料電池是指工作溫度在160℃以上的質子交換膜技術。相比于85℃左右工作溫度的常溫/低溫系統，高溫燃料電池的160℃工作溫度可以保證氫氣在電堆內反應后的產物都是水蒸氣，而不存在液態水的可能。這樣可以避免淹堆、反極等低溫燃料電池電堆會碰到的問題。從硬件配置上來講，可以規避氫氣循環泵、增濕器等，對于空壓機的要求也會低很多，可以大大簡化系統的設計。

典型的甲醇重整高溫燃料電池系統圖

這類高溫燃料電池兼顧了PAFC磷酸燃料電池和PEM質子交換膜燃料電池的優點，采用了PEM燃料電池的結構，通過使用PBI（聚苯并咪唑）膜和H3PO4磷酸傳導質子，雖然功率密度比基于Nafion（全氟磺酸膜）的低溫質子交換膜小，但是系統效率高。最重要的是，高溫堆能耐受2%的CO，不會形成鉑催化劑中毒。

這套系統中，甲醇和水的混合液重整制氫的過程是一個吸熱的過程，相比之下，還有其他的重整技術，可以實現甲醇自熱重整反應：導入一定量的氧氣參與氧化，這樣重整器當中就會產生一定量的CO2、水蒸氣和O2一起進入的保護氣體N2。自放熱的重整器的優勢在于體積可以做得很小，但是缺點也很明顯，會引入空氣，導致最后進入電堆的氣體中非氫氣的成分較多。

甲醇和水的混合液在氣化的過程中，需要吸收大量的熱，這一部分的熱，在使用高溫燃料電池時，可以由電堆工作時的”廢熱“來提供。高溫電堆的廢熱溫度在160℃，可以將甲醇和水的混合液充分地汽化，這樣大大節約了能源，提高了系統的整體效率。通過使用集成式的散熱器，可以大大縮小體積，使得系統結構更加緊湊。

蘇州氫潔電源科技有限公司在2016年和東風特汽聯合開發了一款基于甲醇重整制氫燃料電池發電系統的T7型電動物流車，并于2018年獲得工信部公告，取得綠色運營牌照。

甲醇重整制氫燃料電池電動物流車

除電動物流車外，廣獲關注的還包括軍民融合項目中的“靜默式移動發電車”。該車是由傳統依維柯柴油車改造而成，裝有30kW的甲醇重整制氫燃料電池及近50kWh高倍率電池，還攜帶有可以發出1000kWh電力的甲醇水，能靜默發電，滿足諸多特種供電需求。

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甲醇重整制氫燃料電池靜默移動發電車

這一技術路線同樣獲得造車新勢力愛馳汽車公司的親睞，2018年北京車展時，愛馳公司展出一款續駛里程達1200公里的電動超跑，該車搭載一臺5kW的甲醇重整燃料電池發電系統，還配有一個甲醇箱，采用“電”-“電”混合的模式，來為電池提供電力補充。

搭載甲醇重整燃料電池系統的電動跑車

B.第二類技術是甲醇重整制氫+氫氣提純+低溫燃料電池，將獲得的氫氣（通常含有H2，CO2，CO及水蒸氣）進行提純，獲得99.99%純度的高純氫，氫氣再進入燃料電池電堆發電。

甲醇重整制氫提純配低溫堆乘用車應用

C．第三類技術是甲醇重整+除CO裝置+低溫燃料電池。

這一技術的特點是，通過催化劑，對甲醇重整產生的混合氣中的CO進行選擇性氧化，使之變為CO2，從而以混合氣的形式進入到低溫堆的陽極，氫氣參與反應發電，其他氣體從陽極排出。整個系統的排放僅有水汽和CO2。

目前該技術，除歐洲部分研究所外，國內的部分企業也在進行相關方面的研究。

除以上三種甲醇重整制氫燃料電池系統外，還有一種就是直接甲醇燃料電池DMFC（DirectMethanolFuelCell）。

這類電池的陽極反應是：

CH4O+H2O=CO2+6H++6e-

陰極反應是：

6H++6e-+3/2O2=3H2O

電堆的結構也是PEM的結構，雙極板加質子膜是主體部分。

2018年10月在江蘇如皋世界氫能大會上，另一家造車新勢力公司Weltmeister威馬公司推出一款基于直接甲醇燃料電池的汽車。

該車以直接甲醇燃料電池系統為“增程器”，通過甲醇發電來實現和電池的匹配，實現增程，開拓了一條新的路徑。

相同的理念，在基于甲醇M100的商用車或轎車上，DMFC在能夠批量化降低成本的前提下，也會給APU帶來完美的解決方案。

搭載直接甲醇燃料電池系統的電動車

總而言之，從國內外甲醇氫燃料電池的發展歷史來看，技術路徑已經打通，國外汽車公司已有技術積累。中國產業對此類技術的掌握和持有相關產品，目前還處于工程化建設階段，除需要解決量產、降低成本等問題外，特別需要重視的是提高產品可靠性和一致性等問題。

可以預見，假以時日，甲醇氫燃料電池的發展會逐步發力，依托中國的甲醇供應體系，和電動汽車緊密結合，走出一條“分布式”可再生能源的新路，發展成為具有低碳清潔能源特色的中國汽車動力體系。