电动车与氢气车,到底谁会是未来主流?
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Tesla 台湾官网正式上线 ,并公布 Model S 在台售价(60 kWh 为 3,061,000 元新台币
)的消息一传出,立刻震惊台湾车坛,并让不少人不禁想像起 Tesla 在台湾普及化的可
能性;而在稍早三月,喜欢开车的总统蔡英文也 在高雄试乘 TOYOTA 所推出的世界第一
台量贩氢气车“MIRAI”。加上 Tesla 在台供应链曝光走俏、 立委想为台湾燃料电池业
与日本氢气车牵线 等产业面讯息传出,一时间绿能车也成了台湾的热门产业话题之一。
不仅如此,之前电动车与氢气车的产业龙头们甚至各自为自家产品与技术打过不小的口水
仗,Elon Musk 曾狠狠地骂过燃料电池是“bull shit”,但 TOYOTA 也因此推出过“
Feuled By Bullshit(用牛粪当燃料)”的广告回击。
作为现今绿能车的两大规格,究竟电动车(EV)与氢气车(FCV)各自有什么特点?未来
又可能由哪方胜出,成为未来汽车产业的新主流呢?
不只是“一个吃电,一个吃氢气”这么简单
表面上电动车与氢气车的最大差距就在于“一个吃电,一个吃氢气”,不过严格说起来,
这两种车辆最终还是使用“电”做为最终驱动车辆的能源。俗称电动车(Electric
Vehicle)的正式名称是电池电动车(Battery Electric Vehicle),顾名思义其原理是
由充满的电池供应电能给电动机,再由电动机转换成动能让车辆前进。一般而言,电动车
会被视为“绿能”的主因之一在于可节省非常多不必要的能源浪费,电动机转换成动能的
效率平均高达 80% 以上(市售汽车的内燃机约不到 20%),Tesla 的 Model S 更可高达
90%。
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▲2015 全球单款电动车销售冠军就是 Tesla Model S,Photo Credit: 路透社
而市面上主流的氢气车正式名称为燃料电池车(Fuel Cell Vehicle),其原理为燃料电
池透过氢与氧的化学反应产生电能与水,再以电能推动电动机转换成动能驱动车辆(使用
内燃机燃烧氢气的另一种氢气车被称为为氢内燃车 HICEV)。由于最终车辆本身只会排放
水,而非会造成温室效应的二氧化碳,也被认为是绿能车的另一个主流选项。以目前
TOYOTA MIRAI 所采用的 PEM 类燃料电池为例,能源转换效率约在 60% 左右。
而这两者最大差异就是“充电”时间,各自以 Tesla Model S 与 TOYOTA MIRAI 为例,
Tesla Model S 80kWh 以家用三相 32A 充满大约要 5 小时;而 TOYOTA MIRAI 由于是“
补充氢气”,只要 3-5 分钟,就跟加油差不多。
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▲TOYOTA 是全球首款量产上市的氢气车,Photo Credit: 路透社
氢气车背后代表的氢产业,只是石化产业的“变体”吗?
的确,氢气车表面看起来不用担心要花太多时间在充气上,比较符合现今主流汽油内燃车
的驾驶习惯。不过,现今的“氢气车”还是有不少人诟病并非是真正的绿能,以 美国为
例 有高达 95% 的商业用氢气,都还是来自以石油为主原料的蒸气重组法(Steam
reforming)”生产,甚至有人批评氢气只是“石化产业的新型态”;若从水资源的角度
来看,根据德州大学奥斯汀分校的 一份研究 显示氢气车每英里需消耗 13 加仑的水,远
比现有汽油内燃机的 0.63 加仑或是柴油 0.46 加仑都来得高。
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▲不少人批评氢产业只是“石化产业的新型态”,Photo Credit: 路透社
因此把氢气制程变得更干净环保,就成了目前氢气车甚至到整个氢产业的未来主轴。第一
个方向就是仰赖风力、太阳能等技术的提升,让更多再生能源发电产生的电力运用在水电
解所产成的氢气。第二个方向则是日本川崎重工正积极商业化,利用褐煤煤气化氢气制备
装置生产氢气,再搭配“二氧化碳收集储存”(CCS)技术将二氧化碳储存于地质构造或
让藻类吸收,避免排放至大气中扩大温室效益的做法。
不过即使有了更干净的生产方式,要让氢气车真正普及的另一项大考验就在广设加氢站。
在日本设立一间加氢站的成本约为 5 亿日圆(约 1.47 亿新台币),是设立普通加油站
成本的五倍以上,连大力推广“氢社会”的日本全国现在也只有 80 间,要到 2025 年
320 间的目标估计还要花费 1200 亿日圆(这还没算入大型提炼厂,管道,运输车辆,
储存设施,压缩机等成本)。
除了充电费时,电动车产业还有哪些问题?
相比之下,虽然还有充电时间过长的问题,但电动车的优势是只要依赖现有的电网体系,
就能为车辆充电。像裕隆按型号不同,只要 7-15 万就可在自家设立充电柱。若利用电费
离峰时段,可将一公里的行驶成本最低压在 0.5 元左右。
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▲只要 7-15 万就可在家设立充电柱,Photo Credit: 裕隆电能
跟氢气车相比,电动车上比较没有“制氢→运送→发动车辆”等二次耗能的问题。纵使电
动车所消耗的“电”还是现今以化石、核能为主的发电结构,但以从台湾的角度来看,台
电火力发电的效率约为 43%,以 104 年的线路损失率 3.72% 乘以电动车转换率 85% 初
估计算,最后电动车的能源效率约为 35.2%,高于汽油内燃机的 20%。简而言之,电动
车确实比现有的汽油车,或是氢气车在能量消耗上表现较佳。
不过,这就不代表电动车是完全无污染的车辆。锂电池对环境的破坏主要出自原料“锂”
的提炼过程,其主要生产法之一“熔盐电解法”会产生氯气;锂电池本身的回收经济价值
也不高,其含有的铅、铬也具有不小的生态毒性(ecotoxicity)。
目前普及以电动车领先
由于电动车面世已久再加上充电相对容易,目前普及速度也是以电动车较占优势,这要归
功于中国与欧洲电动车市场同步兴起,跟“话题性品牌”Tesla 推波助澜之故。根据 车
辆研究中心 的报告指出,2015 年世界纯电动车辆销量到达了 30 万量;而在另一份
Electric Cars Report 的报告中指出,目前全世界氢气车的销量大多只计算 TOYOTA
MIRAI 一款,将从 2015 的 700 台年产量逐步于 2016 年提高至 2000 台、2017 达
3000 台的水准;但即便如此,仍然与电动差相差了 100 倍。
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tta04Photo Credit: 财团法人 车辆研究中心
成本压低是获胜关键之一
从商业角度来看,压低成本是大众型商品在市场竞争中胜出的关键之一。Tesla 跟日本松
下积极合作建造超级电池工厂(Gigafactory)可望让 Tesla Model S 的电池成本下降
30%,甚至还可出售电池模组给其他电动车与家用市场,并涉猎电网储电站的大型市场。
另外由于发动原理相对单纯,电动车零件比起现有的汽油车简单许多,这意味在规模扩大
以后,消费者的维修成本也相对便宜。另外加上连网功能、 Autopilot 辅助驾驶功能等
特色,使得 Tesla 比起其他电动车更具市场魅力。
相比于锂电池成本降低正处于现在进行式,TOYOTA 研发燃料电池的时间已长达将近了
20 年,历经三段技术世代的磨练之后,其最新 3D 立体微流道技术让体积功率密度比上
一代整整提升 2.2 倍到达了 3.1 kw/l,大幅提升了发电效率,并且成功降低 95% 制造
成本,让 MIRAI 正式量产上市得以实现。另外由于氢气车与现有汽车之间引擎置换后重
新设计的成本要低得多,因此像 TOYOTA、HONDA、现代、通用与福特等汽车大厂也较看好
其未来,投注较多的研发成本押宝在燃料电池上。
EV 与 FCV 不一定就得捉对厮杀
虽然现在看起来市场上是以电动车为上风,但电动车除了充电时间过久、电池成本高昂以
外还有一个很大的缺点:难以利用在需要高度扭力、长时间行驶的大型、工程车辆上。虽
然现在已有 Nikola 发表大型电动货车头,但终究是油电混合型,称不上是“完全电动车
”。显然在大型工程的“绿能”车辆方面,会是氢气车的天下。也因此有不少人提倡“个
人用电动车,巴士等大型交通工具用氢气”的概念。
不过无论电动或氢气,小到充电使用者经验,大到国际政经与能源结构,现在他们最大的
对手都还是有 130 年历史,传统的内燃机汽油车。但当年亨利·福特的 T 型车也只花了
十余年就改变了人类交通史,在这场绿能车的革命风潮中,你看好哪一方呢?
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个人比较看好电动车
也比较喜欢电动车
希望普及的速度可以加快