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除了吃電、吃氫氣 未來汽車還可以「喝酒」創造動力!

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石油仍是汽車燃料的現在進行式,但是石油的污染性和不可再生性註定有用盡的一日,因此我們問,「什麼是汽車能源的未來?」,又真的可以達到對環境不造成任何汙染嗎?在此將目前已研發成功並推出的綠能燃料種類作個介紹與優缺點分析。

Hybrid油電只是過渡產品 完全廢除內燃機是必定走向

找尋新能源替代石油成為汽車燃料,目前「汽車電氣化」儼然成為一股趨勢,目前大致分為三種取向:純電動車、燃料電池汽車和混合動力車。Hybrid混合動力就擁有Plug in插電功能,仍背負一具內燃機引擎,目前普遍50~60km的純電續航里程,實無法應付多數使用狀況,終究仍以引擎為主要動力來源,Hybrid混合動力只能減少汙染物的排放,因此我們把重點放在純電動車和燃料電池汽車上,而燃料電池汽車目前除了氫氣動力車之外,還有生物乙醇燃料電池車,乙醇也就是酒精。三者「一個吃電、一個吃氫氣、一個喝酒」,但其實同樣都是以電能驅動車輛,到底差別在哪?又有何極需克服的困難點?

氫氣動力車

  • 優點:只會排放無汙染成分的水、無充電耗時問題。
  • 缺點:目前氫氣製程具汙染性,氫氣站普及需政府配套。

氫氣動力車是透過氫的化學反應產生電能,儲存至燃料電池中,再以電能推動電動機轉換成動能以驅動車輛,最終車輛本身只會排放出水,與電動車同樣不會有二氧化碳排放的問題,目前除了Honda推出的Clarity Fuel Cell之外,就以Toyota Mirai最富盛名,不過日本售價為723.6萬日圓起,身價不便宜,是普及化的阻力之一。

Toyota Mirai只需充氫氣3分鐘就可跑650km,最大輸出為153hp/34.2kgm,目前日本政府大力提倡燃料電池車款發展,因此規劃頗高預算在日本各地建立加氫站,雖然建構速度有限,但燃料電池車款目前在日本,長遠看來發展前景是樂觀的。
Honda Clarity Fuel Cell後方配置存氫罐,將氫氣加壓後產生的電能存入中置的燃料電池,再由其推動馬達驅動車輛。
目前大部分商業用氫氣,都還是來自以石油為主原料的蒸氣重組法生產,因此有人批評用氫氣作燃料不過是石化產業的新型態,如何把氫氣製程變得更乾淨環保,便成為目前氫氣車極需解決與面對的課題。除了可利用自然發電(如太陽能、風力、火力)的電力,以水電解方式產生大量氫氣,但目前世界的自然發電廠連應付日常所需都不太足夠,而日本川崎重工正積極研發利用褐煤煤氣化裝置生產氫氣,並搭配將二氧化碳收集並儲存於地質構造或讓藻類吸收的技術,避免排放到大氣層中,目前為止此種技術也尚在研發中,且需設廠於生產褐煤之地點附近,會有受地區限制的顧慮。
Honda為解決加氫站尚未普及的問題,在發表Clarity Fuel Cell十,特別推出售價118萬日元(約台幣34萬元)的「氫氣車可攜式大型行動電源」,不過售價偏高,仍非一般人會考慮的選項。
還有另一項考驗,就是設立加氫站的成本問題,日本算是大力推廣氫氣代替燃料的國家,其設立一間加氫站的成本約為5億日元(折合台幣約1.47億),日本全國現在也只有約80間,如此高的成本又要顧及地區普及率,實屬困難。普及性和氫氣製程的問題,都讓氫氣動力車目前只能成為極小眾化的汽車。

電動車

  • 優點:零污染排放、技術較純熟。
  • 缺點:充電時間久、鋰電池恐汙染環境。

相對來說,電動車直接吃電的方式似乎比較容易被大眾接受,除了技術較成熟,Tesla已可擁有3、4百公里以上的續航力,目前也較普及,但「充電」時間無疑是目前最無法克服的問題,雖然目前市售電動車均已開發家用電壓也可使用的充電器,但以Tesla Model S為例,以家用電源充滿大約要5小時,但相較Toyota Mirai補充氫氣只要5分內便可完成,對於電動車來說,必須大量建構快充站,才能使其擁有持續移動的能力,關於這部分,Tesla有一套完整規劃(且車主免費使用),這也是能成為電動車龍頭的原因之一。

純電動汽車是指以車載電源蓄電池供應電能給馬達讓車輛前進,目前電動車龍頭以Tesla當之無愧,不過價格目前仍偏高,Tesla在台成立分公司之後,Model S報價約300萬元起跳,非一般民眾所能負擔。
跟氫氣車相比,電動車沒有「製氫→傳送→驅動車輛」二次耗能的問題,但並不代表電動車就完全無污染上的疑慮,車上裝載的鋰電池原料「鋰」,其生產製程中會產生氯氣,加上鋰電池本身幾乎無法回收,其含有的鉛、鉻對環境也會造成汙染。但若以鎳氫電池取代,則能達到無汙染,但因其較鋰電池在性能上差了很多,故勢必也會影響到車輛的性能與續航力。以目前電動車的發展較其他綠能車先進來看,若政府能配合快充站的擴建、且能因技術成熟而降低成本和價格,將會是電動車普及的關鍵。

生物乙醇燃料電池車

  • 優點:永續性的燃料來源、能達到碳中和。
  • 缺點:SOFC系統需極高溫、技術尚未成熟。

而Nissan積極研發的SOFC燃料電池科技,以生物乙醇做為燃料,可由甘蔗、玉米及豆類等農作物中提取,可說是一種具永續性的生產,雖然車輛依舊會在轉換電能過程中排放出二氧化碳,但其排放量可和作物成長過程所消耗的二氧化碳達到碳中和狀態。且生物乙醇的運送方式及儲存方式與一般燃料無異,故無需大輻改變或增設現有的基礎設施,這一點可說是比氫燃料電池和純電動車更有機會邁向普及的主要關鍵。

不過SOFC系統運作通常需極高溫度,把這樣高工作溫度的設備放在車上,就必須設計一套極有效的散熱系統,不但增加了整個系統的複雜程度,妥善率也是我們值得關注的問題。且SOFC系統啟動加溫與關閉冷卻都需要不少時間,至於需要多少時間,由於Nissan並未公布詳細資訊,對此我們也依然持保留態度。

Nissan研發的SOFC燃料電池科技,首先將100%的生物乙醇或混合生物乙醇的水,放入重組器(Reformer)中,再導入SOFC系統中進行化學反應,轉換成電池所需的電能,進而驅動馬達。
不過Nissan也已於8/4將此技術初步搭載於e-NV200原型車上,並陸續在巴西先進行道路測試,原廠也表示乙醇生物燃料電池車的續航力可達600km,待此技術成熟穩定,也期望能早日進入並普及於生活當中。

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