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今日、明日、未來──高能源消費時代外一章

2004/10/05 經濟部能源局 點閱人次: 282

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▓整輯:謝惠子

近日石油價格飆漲,加上不少報導預警油源50年內即將用罄,因此屬於高能源價格的時代儼然已經來臨。在環保意識抬頭的今日,以石油驅動交通工具的魅力正逐漸褪色中,車商開始研發替代燃料驅動的汽車(Alternatively-Powered cars),包括:電動車(Electric car)、太陽能(Solar power)車,以及以液化氫(Liquid Hydrogen)為燃料的燃料電池(Fuel cell)做為動力來源的車子,然三者因技術仍有待突破,且續航能力成問題,短期內尚難普及,但發展替代能源已成世紀課題;尤其是,當石油用罄時我們可以開什麼車?

商業鉅擘王永慶對於近來熱門的高油價提出看法,認為原油價格上漲屬於供需問題,因為原油使用量成長,但蘊藏量卻越來越少,所以價格開始飆高,也衝擊世局,但真正該煩惱、注重的應是發展替代能源及開發新科技。「沒有石油,人類就沒有衣服穿。」乍聽之下似乎狂謬,其實在於強調以石油或天然氣等兼具能源與原料特性者,用作燃料發電實屬可惜,應該應用在具更高附加價值的地方。而最好的替代能源有水、太陽能等,其中,電解水可以產生氫氣,用於燃料電池發電,且氫燃料電池的唯一產物為水和熱,非常環保,因此發展前景相當被看好。

「氫」舞飛揚的時代開啟

歐盟執行委員會於2002年10月已成立氫能源及燃料電池的高層科技顧問團(High Level Group),專責蒐集各方專家對於氫能源與燃料電池的看法,以期順利推展各項氫能源研究計畫。目前在歐盟第六架構計畫下即有將近1億歐元的經費,支持16個氫能源利用及燃料電池的相關研究計畫,第一階段已投入6,200萬歐元的經費於氫能源的研究,另有3,000萬歐元投入燃料電池運用的研究;初步階段的研究目標希望研發出可運用氫燃燒的引擎、創新的電池燃料系統及先進的交通工具等。

第二階段的新研究計畫則加強原有新興能源的研究,擴大合作研究的範圍,共分為二十年兩個階段。第一個十年將投入探索氫能源的運用,期望以氫能源取代化石能源;第二個十年則為所謂的「燈塔計畫」階段,以達氫能源實際運用於日常生活。

在英國倫敦,現正實驗以氫燃料電池為動力的公車以減少空氣污染,因為傳統內燃機引擎排放一氧化碳比例相當高,但氫燃料電池的引擎只排出水或水蒸氣,這種幾近零污染的公車,被認為是大眾運輸工具的劃時代產物。其最大的特色是以氫燃料電池的水電解逆反應產生電力,帶動電動馬達,取代汽油、柴油的傳統內燃機引擎。雖然目前氫動力公車的造價仍十分昂貴,但未來如能大量產製,成本勢必會降低許多。

日本則計劃到2010年發展燃料電池汽車5萬輛,至2020年發展500萬輛,並將2030年定為燃料電池汽車普及年;除提高燃料電池汽車的普及率至20%以上,也讓總數量達到1,500萬輛。為實現此一目標,日本大力建設燃料電池汽車的配套設施,不斷在全國各地增加「氫能添加站」,預計至2020年在全國建造3,500座,到2030年增加至8,500座。

複合動力先馳得點

事實上,氫能不是初級能源的一種,它必須自煤炭、天然氣、核能或是太陽能等其他初級能源中被產製而出,而分離氫氣的昂貴成本亦是氫能經濟的最大問題之一。目前,科學家朝向利用生化或是生物的方法製造氫氣,或者使用風力從水電解產生氫氣,以增加生產效率並節省成本。而如何安全的將氫氣儲存於車輛中,以及如何到類似加油站的地點補充氫氣等,均為氫能經濟的一大挑戰。對此,氫能專家維爾德表示,預期尚須幾十年的時間,才能夠看到氫能源成功地打入某些市場,不過相信未來孩子們對於氫能源的熟悉程度,將像這一代對於電腦的熟悉程度一般。

雖然氫燃料電池的夢想並非遙不可及,但短期內真正可行的仍以複合動力(Hybrid)車為主。複合動力車的動力裝置,主要分為引擎、電池、馬達三大部份,用於不同行車狀況: 一、引擎動力:高速行駛時,由引擎提供行駛動能,同時透過馬達轉介,將電力儲存到電池中。
二、降低耗損:踩煞車時,煞車盤摩擦生熱,將其轉變成電能,透過馬達儲存到電池中。
三、電池動力:市區低速時,由電池提供馬達能量,使車輛前進,此時引擎不運轉。

依目前各國技術等層面來看,複合動力車種可節省油耗至少20%以上,更能大幅降低空氣污染。不僅國外有這種先進技術,在國內,經濟部能源局與技術處早於民國91年起,即委託工研院機械所執行「小型淨潔車輛與關鍵技術發展五年計畫」,目前已完成初步系統驗證與目標車實際運轉測試,有效達成「省能源、低污染」之目標,並朝量產的設計驗證與製造之目標前進。

該計畫發表之複合系統技術是由經濟部技術處計畫所發展的低污染、低耗能小型引擎技術,結合能源局計畫發展之高效率電動動力技術,共同開發出之潔淨引擎與電動複合動力系統。採用375cc稀油燃燒引擎,6kW高效率電動馬達及鋰離子電池系統,成功匹配在小型車輛上,且具有與機車同等級之耗能(市區行駛油耗為每公升25公里),較現有小型汽車節省能源達40%。由於複合動力系統結合了內燃機引擎性能與電動動力之優勢,近年來已成為國際上推展至潔淨車輛過程中,最受到重視與肯定的技術與產品之一。


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