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氫能世代真要來臨?


246期 作者.攝影/超越車訊 (版權所有 禁止轉載)

2014年12月,全球首輛量產的氫燃料電池車—Toyota Mirai正式於日本當地販售,象徵新興能源車輛的時代來臨,以往我們認知的「未來」,似乎已不再遙遠。今年3月,高雄更舉辦國內首屆「氫能城市論壇」,總統當選人—蔡英文女士及日方產官學界代表均出席與會,宣示發展綠色能源的願景。然而氫燃料電池車是否在未來普及之路上一帆風順?政府推動意向及背後隱藏的商機為何?且讓我們看下去。

氫燃料電池普及
為最大難處

燃料電池(Fuel cell)為一種只需提供燃料,便能產出電力的裝置,而常見的燃料種類為氫氣,故一般稱做氫燃料電池。燃料電池相較於一般常見的原電池、蓄電池,雖均是將化學能儲存其中,需要時再轉為電能釋放,但最大的差別在於只要不斷提供燃料,便能持續輸出電力至燃料用盡,故可視做一種發電機。但由於氫燃料電池反應後的產物僅有水,對環境的衝擊極低,為現今綠色能源產業的一環。
雖燃料電池在反應過程中對環境的影響極小,但在推廣普及的道路上,其燃料—氫氣的製備及儲存,卻讓各界研發人員傷透腦筋。首先氫氣製備需耗用大量能源,由於熱力學清楚告訴我們,自然界事物將趨向最大亂度及最低能量進行,舉個例子,氫氣易與氧氣反應,將能量釋出後,產物即為「水」這種安定的物質。同理反推,若要將水中的氫與氧分開,勢必得供給大量能源,故即便現今在工業上已有多種大量製氫的製程,但耗能程度在眾多工業製程中多屬前段班,也直接影響製造成本,換句話說,也不算真環保。目前短期間較可行的方式為「收集氫」,由於不少工業製程會產生「廢氫」,僅需將其收集後再利用即可,除可減低對環境的影響外,經濟及技術門檻也較低。惟即便如此,產量及純度仍有待考量,產量方面,因為屬製程副產物,在未來可能很難達成供需平衡。在純度方面,副產物往往夾雜其它物質,不純物的比例預料將偏高,對於燃料電池等氣體純度要求較高的用途,需再予以純化方能使用;由此可知,在燃料取得方面,似乎距普及仍有段路要走。
氫氣儲存也是另一個問題,首先氫氣是現階段發現最輕、最小的分子,若僅以傳統高壓方式儲存,能量密度並無法達到商業需求;有句俚語說「鴨蛋再密也有縫」,氫氣更可藉由最小分子的特性向外逸散,若僅以一般金屬鋼瓶儲存,長期需考慮損失率的問題。不過目前市面上已開發出複合材料的儲氫容器來解決,複合材質不但較傳統鋼材輕上許多,且內部多層結構能防止氫氣逸散,更能承受比一般鋼瓶更高的壓力來維持能量密度,已量產的Toyota Mirai即用此法解決儲氫問題,車載的兩個氫氣槽最高可填充至87.5MPa(約860大氣壓),為650km最大續航力的主要功臣。然而此種材料雖已通過安規認證,但高壓儲存仍有一定風險,目前已有使用吸氫材料的新式儲存方式,可捕捉氫氣成為「固態氫」,優點是可低壓(小於30大氣壓)儲存,但缺點又回到儲能密度低及價格高昂的問題。以上我們了解,短期間要解決「供氫」、「儲氫」的問題不甚容易,或許只能靜待未來稍稍普及,以經濟規模制衡價格。


國內外發展現況與走向
燃料電池由於技術門檻因素,造價仍屬偏高,欲縮短普及時程,一般來說需借助國家的力量進行補貼。日本為現今全球燃料電池產業最大的市場,砸錢補貼自是不手軟,以Toyota Mirai為例,日本當地含稅價格為日幣723.6萬元,其中政府補貼即高達200萬元,減免幅度接近3成;除實質補貼外,公家單位如環境省、國土交通省等,均帶頭購入做為公務車使用,具有結合「首輛量產氫燃料電池車」及「首個氫燃料電池車商業運轉國家」的雙重意義。
美國的氫能發展以能源部(Department of Energy)為主,但不幸自2009年起,當時的能源部長—朱棣文博士對氫能的前景並不看好,決議逐年縮減氫能與燃料電池的經費。到了2014年,年度經費與2013年相較,減少了約10%,雖民間大型企業的營運狀況仍屬成長,但這一來一往之間,使得整體發展算是持平。雖如此,但一向在空污管制屬全球頂尖的加州地區,能源委員會於2014年中仍斥資約4.7千萬美元建置28座加氫站,而現今已有部份地區開始示範運行氫燃料電池巴士。
亞洲地區的發展普遍較為積極,除日本外,韓國Hyundai也在2015年量產ix35 FCEV,為全球首輛量產的氫燃料電池SUV。中國為下個發展氫能的重點國家,「十三五」計畫中,燃料電池車預計將進入商業化階段,且根據去年4月由中國財政部、科技部等四部會聯合公告的「關於2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知」,除燃料電池車外,其它新興能源車輛的補貼將逐漸減少。而我國雖於氫能及燃料電池領域目前尚未有大規模商轉的實績,但於3月初在高雄登場的「氫能城市論壇」中,已勾勒出未來短期將先行採取日本福岡縣的模式,回收工業廢氫進行轉型,邁向氫能城市的願景。


車廠的如意算盤
日本為現今全球氫燃料電池技術專利最多的國家,然而已將燃料電池車商業化的Toyota,卻在2015年開放無償授權使用旗下5680項氫燃料電池技術專利,另一方面,更於去年7月與Honda及Nissan其它兩日本車廠聯合,投入加氫站基礎建設。此等作法無非是讓剛商轉的氫燃料電池車快速普及,但有需如此搏命,開放自身專利無償授權嗎?其實車廠有著更長遠的目標,開放專利的目的並不是將手上的專利視為商品,而是籌碼。換句話說,Toyota真正想賣的不是技術,而是「標準」,迫使他們這麼做的原因,一部份是來自電動車的競爭。
電動車與燃料電池車雖均是以電能來驅動,但相較於現今加氫站的普及程度,人類長久以來建設的輸配電網儼然已成為電動車搶得先機的利器,各車廠不但推出專屬充電座來對應,更提供包含到府安裝等售後服務來降低消費者的疑慮,日後更可收集使用者的行為至資料庫,開發另類商機。這一切看在以氫燃料電池為主的車廠眼裡,自是一大威脅,與其面對未來電動車的競爭有可能全盤皆輸,倒不如先行出招,讓燃料電池車成為標準(主流)後再做打算。

 

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