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氫燃料電池車乾淨上路 撰文╱艾胥利(Steven Ashley) | ||||||||||
戴姆勒克萊斯勒公司的測試車隊。該公司的F-Cell車系以及其他車商的氫燃料電池車款,正上路試車中。 儘管F-Cell採用高科技推進系統,其性能及操控感卻與豐田的Corolla、福特的Focus或其他傳統小型房車相去不遠。因此,F-Cell感覺起來不太像下世代的原型車,比較像是一般市售車。要說有任何不尋常之處,唯一的線索,就是壓縮機會發出罕有的「赫…赫…」聲。貝雷塔打包票,原廠工程師一定會很快讓這怪聲消失。 在追求極致潔淨車的路上,戴姆勒克萊斯勒公司並不孤獨。汽車業經過10年專注的研發,已跨越了里程碑,催生出第一支儼然具有上路實力的燃料電池測試車隊。再過不久,20輛本田汽車最新款的FCX與30輛福特汽車FCV燃料電池動力車的芳蹤,就會出現在高速公路上。通用汽車計畫明年在美國紐約市都會區提供13輛評估用的燃料電池車。已有30輛戴姆勒克萊斯勒公司出廠的燃料電池巴士,穿梭在歐洲10個城市的街頭,他們很快還將再添三輛生力軍,陸續於中國北京與澳洲伯斯加入服務的行列。 面對政府越趨嚴格的廢氣排放管制、石油短缺會步步進逼的預期,以及溫室氣體可能引發的全球暖化災變,汽車業界與各國政府於過去10年間,已投下數百億美元,催生潔淨又能有效推進的動力技術,期能取代內燃機引擎(詳見2002年12月號〈改變世界的概念車〉)。然而,對於產業界生產完全環保車款的實際動機,以及這樣不遺餘力的研發,是否真足以於近期內獲致成功,評論家依然多所質疑。有人認為,在燃料電池車上所下的功夫,不過是車商為了以後照樣能有生意做,而放出的煙幕彈,這種猜疑遲遲揮之不去。車商高階主管則回應,他們預見,長遠下來沒有比氫燃料電池汽車更佳的選擇:因為所有實用的替代產物,例如結合內燃機引擎與電化學電池的複合動力車,仍舊是燃燒石化燃料,並且會產生二氧化碳與製造污染。 在豐田Prius與本田雅哥Hybrid車系的車主,能將愛車折價換購更環保的車種之前,汽車製造商與供應商,必須先設法找出可充份提升車上攜帶貯氫能力的方法,再把燃料電池動力傳動系統的價位,壓低至現有成本的1/100;同時,還得將動力裝置的運轉壽命延長五倍,並且增加運動休旅車以及其他重型車動力系統的輸出能量。最後,要駕駛這些車輛,全世界的加油站,也全都得換成裝填氫氣的基礎設施才行。 這一切在短期內能否萬事俱備?連一些汽車製造商都持保留態度。豐田汽車先進技術事業群的美國區經理賴納特表示:「大量量產可能是25年後的事。我不奢望成本能充份減低,而對於氫氣貯存課題的對策、以及如何在車體內塞進這些龐大的設備,又不減其市場性,我也感到十分悲觀。」從一個現象可明顯看出,燃料電池車仍是在進展中的產物:幾乎所有車商代表,都要求政府增加對基礎研究與氫氣分裝設備的投資,以協助他們克服難關。 車用氫燃料電池的核心,是一片薄薄的氟碳聚合物,稱為質子交換膜(PEM),它身兼電極(用以傳遞電荷)與防止氫燃料與氧混合的阻障物等雙重功能。當隔膜表面的觸媒使氫原子上的電子游離時,即產生電力,供應燃料電池汽車動力。接著,電荷載子(氫離子或質子)穿透隔膜,與氧氣和一個電子結合而形成水,這也是唯一產生的廢料。多個單電池單體組合起來,則成為所謂的電池組。 PEM燃料電池可將導入燃料中55%的能量轉化為功輸出,因而獲得工程師的青睞;內燃機的效率則為30%左右。其他優點還包括運轉溫度較低(80℃)、安靜且安全性佳、操作容易以及維修需求低。 燃料電池車要於2015年前開始銷售的展望,則有賴於隔膜技術的改良。燃料電池組的成本中,隔膜所佔比率達35%。研究人員列出若干必要加強之處,例如減低隔膜兩側的燃料穿透度;提升隔膜的化學與機械穩定性,使之更為耐用;抑制非預期之次反應,以及提高對燃料雜質或反應中多餘副產物(如一氧化碳)等污染的耐受性。而最重要的,就是要能全面降低成本。 去年秋天,關於隔膜技術「重大突破」的新聞,在燃料電池研發界引起騷動。坐落於美國加州山景城的小公司「聚合燃料」(PolyFuel)宣佈,該公司已研製出聚合物碳氫化合物隔膜,號稱比目前的全氟化隔膜具有更優越的性能,且成本更低廉。聚合燃料執行長巴爾科姆得意地笑著說:「這玩意兒看起來活像個三明治捲。」他自豪地舉出一堆理由,說明那玻璃紙般的隔膜,性能為何比一般的全氟化隔膜,尤其是杜邦知名的Nafion材質,來得優異。 較之於現有的隔膜製品,碳氫化合物隔膜可於更高的溫度下使用(高達95℃),因此可以使用較小型的散熱器。巴爾科姆宣稱,其壽命比氟碳製品長50%,產生的動力也多出10~15%,並可於濕度更低的環境下運轉(因此問題較少)。此外,氟碳隔膜的成本約為每平方公尺300美元,聚合燃料研製的材質成本卻可能只有一半。雖然很多其他研究人員仍對碳氫化合物隔膜存疑,本田最新款的FCX系列燃料電池車卻已經開始採用了。 觸媒的難題 由於貴金屬成份的成本不斐,研究人員正絞盡腦汁降低鉑的含量。他們不僅致力於尋覓提升觸媒活性的方法,好以較少的用量達到相同的輸出動力,還嘗試做出不會經時耗損,又能避免次反應污染隔膜的安定觸媒結構。3M公司的研究人員最近成功提升了觸媒的活性,他們製作出具有奈米結構的隔膜,表面密佈著細微的柱狀物,大幅增加了催化面積。其他研究工作則著重於別的材料,涵蓋鈷或鉻等非貴金屬,以及成份為嵌於多孔複合物結構中的微小顆粒的觸媒。 提高車上的氫氣貯存量 常溫下,氫氣通常以高度壓縮氣體的形式貯存於壓力瓶中。現有複合物壓力瓶的壓縮容量,約為每平方公分352公斤重,許多工程團隊正嘗試使其倍增。不過,兩倍的壓縮量並不等於兩倍的存量。以-253℃貯氫的液態氫系統已測試成功,但卻有重大的缺陷:燃料所產生的能量中,約有1/3必須用來維持低溫,使氫得以保持液態。且儘管這些系統具有厚重的絕熱措施,每日從封口蒸發而損耗的氫氣量,約為總存量的5%。 幾種替代的貯氫技術正在開發中,但尚未有令人驚豔的進展。通用汽車研發與計畫部門副總伯恩斯指出:「實驗室裡的展示品,距離一套設計完善、價格合理、持久耐用又輕巧的貯氫系統,還有段不小的差距。」 | ||||||||||
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