Selecting Between Hydrogen and Methanol for Fuel Cell‐Organic Rankine Cycle Hybrid Power Systems: A Comparative 4E Analysis
水素燃料電池とメタノール燃料電池を用いた有機ランキンサイクルハイブリッド発電システムの比較：4E解析に基づく選定 (AI 翻訳)
Zahra Piryaei, Maryam Karami, Iman Khazaee
🤖 gxceed AI 要約
日本語
本研究は、水素燃料電池（PEMFC）と直接メタノール燃料電池（DMFC）を有機ランキンサイクル（ORC）と組み合わせたハイブリッド発電システムを比較する4E解析（エネルギー、エクセルギー、経済、環境）を実施した。PEMFC-ORCはエネルギー効率が高い（35％対29％）が、DMFC-ORCはエクセルギー性能と均等化発電コストで優れる（0.27ドル/kWh対0.63ドル/kWh）。ただし、DMFC-ORCはCO2排出量が約2倍と環境負荷が大きい。これらのトレードオフがSDG7とSDG13の達成に向けた技術選択に示唆を与える。
English
This study performs a 4E (energy, exergy, economic, environmental) analysis comparing hybrid power systems combining proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) with organic Rankine cycle (ORC) against direct methanol fuel cells (DMFC) with ORC, both sized at ~70 kW. PEMFC-ORC achieves higher energy efficiency (35% vs 29%), while DMFC-ORC excels in exergy efficiency (55% vs 42%) and levelized cost of electricity ($0.27/kWh vs $0.63/kWh) but has nearly double CO2-equivalent emissions. The trade-offs inform technology choices aligned with SDG 7 and SDG 13.
Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.
📝 gxceed 編集解説 — Why this matters
日本のGX文脈において
本論文は日本の政策を直接扱わないが、水素とメタノールの燃料電池比較は日本の水素戦略や定置用電源の技術選択に示唆を与える。4E解析の定量ベンチマークは燃料電池開発に関わる日本企業・研究者にとって有用である。
In the global GX context
This comparative analysis contributes to the global literature on low-carbon fuel cell systems by providing a comprehensive 4E assessment. The results highlight trade-offs relevant for technology selection in decarbonizing power generation, especially for distributed and hybrid systems.
👥 読者別の含意
🔬研究者:The 4E framework and comparative methodology can be used for evaluating other hybrid fuel cell systems.
🏢実務担当者:The cost and efficiency comparisons provide reference data for selecting between hydrogen and methanol fuel cell systems in on-site power generation projects.
🏛政策担当者:The environmental trade-offs highlight the need to consider full lifecycle emissions when incentivizing hydrogen vs methanol technologies.
📄 抄録（日本語訳）
抄録 電力需要の増加と気候変動への懸念の高まりは、効率的で低炭素な発電技術の緊急の必要性を浮き彫りにしている。この文脈において、適切な燃料電池技術を選択することは、高い技術性能と環境持続可能性の両方を達成するために極めて重要となる。本研究は、水素燃料のプロトン交換膜燃料電池（PEMFC）と有機ランキンサイクル（ORC）廃熱回収システムから構成されるハイブリッド発電システムと、直接メタノール燃料電池（DMFC）とORCから構成されるもう一つのハイブリッド発電システムという、2つの異なるハイブリッド発電システムの包括的モデルを提示する。電流密度の関数としてこれらのシステムのエネルギー、エクセルギー、経済性、環境（4E）性能を調査・比較するための比較評価が実施される。両システムは同じピーク電力出力（約70 kW）を生み出すように設計されており、有意義な比較が可能となっている。4E分析により、PEMFC‐ORCはより高いエネルギー効率（35%対29%）を達成する一方、DMFC‐ORCは優れたエクセルギー性能（55%対42%）とより有利な均等化発電原価（$0.27/kWh対$0.63/kWh）を示すことが明らかになった。それでもなお、DMFC‐ORCは著しく高い環境負荷を伴い、年間CO 2 換算排出量はPEMFC‐ORCのほぼ2倍となる。これらの特定されたトレードオフは、持続可能な開発目標7（安価でクリーンなエネルギー）と持続可能な開発目標13（気候変動対策）の相互に関連する目標に整合する技術選択に資するものである。
AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。
📄 Abstract（原文）
ABSTRACT Rising electricity demand and growing concerns over climate change underscore the urgent need for efficient and low‐carbon power generation technologies. In this context, selecting the suitable fuel cell technology becomes critical to achieving both high technical performance and environmental sustainability. This study presents a comprehensive model for two different hybrid power generation systems: one comprising a hydrogen‐fueled proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) with an Organic Rankine Cycle (ORC) heat recovery system, and the other comprising a direct methanol fuel cell (DMFC) with ORC. A comparative assessment is conducted to investigate and compare the energetic, exergetic, economic, and environmental (4E) performance of these systems as a function of current density. Both systems are designed to produce the same peak electrical output (≈70 kW), allowing for a meaningful comparison. The 4E analysis reveals that PEMFC‐ORC achieves greater energy efficiency (35% vs. 29%), while DMFC‐ORC demonstrates superior exergy performance (55% vs. 42%) and a more favorable levelized cost of electricity ($0.27/kWh vs. $0.63/kWh). Nonetheless, DMFC‐ORC incurs a significantly higher environmental burden, with annual CO 2 ‐equivalent emissions nearly twice those of PEMFC‐ORC. These identified trade‐offs inform technology choices that align with the interconnected objectives of Sustainable Development Goal 7 (Affordable and Clean Energy) and Sustainable Development Goal 13 (Climate Action).
🔗 Provenance — このレコードを発見したソース
- openalex https://doi.org/10.1002/ese3.70575first seen 2026-06-22 04:53:05
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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。