近來日本的「自動車工業聯合會」在碳中和議題上再度重申「EV 並非唯一解方」的立場,認為現在全球政府強推 EV 對於市場、產業、環境都沒有絕對的好處,例如 TOYOTA 就推出氫氣引擎,意欲證明不靠純電電動車,車輛也能達到零碳排的目的。
而在二輪領域方面,KAWASAKI 也提出了類似的想法,例如去年十月的事業方針說明會上,就打出了「純電×Hybrid×燃油」三種方式混用,將短、中、長程三種移動目的切分,透過不同的載具來達成能源運用最大化的目的。
川崎的「氫之路」
而國際車輛製造商的陣營中,日本車廠對於使用氫氣作為燃料特別有興趣,KAWASAKI、YAMAHA 都有做出以燃燒氫氣作為動力來源的引擎,但車輛排汙終究是小宗,關鍵還是在於工業及發電需求所產生的大宗排汙上,而目前日本的發電方式中,燃氣、燃煤兩種火力發電占比超過六成,如果將火力發電廠的渦輪機組改成燒「氫」,那排汙自然會減少,而氫氣供應鏈的「Hydrogen Road」,正是 KAWASAKI 目前與日本政府合作打造「水素社會」的必經之路。
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但是,氫氣要從哪來?
日文的水素,其實就是中文的氫氣,目前人類從地球上取得氫氣的來源有三種,一種是透過特殊機器將氫氣從空氣中分離出來,再加壓儲存,另一種是透過藻類生產,再透過方法一分離並儲存,而第三種就是從含水量很高,難燒又高汙染的褐煤中提取,日本政府在十多年前就與澳洲合作,想從褐煤中提取氫氣,藉此取代天然氣與燃煤發電。
褐煤聽起來超環保的,但為什麼各國政府不採用?其實不是不採用,而是褐煤大部分被當成煤礦的副產物,由於含水量高,拿去燒能產生的熱能也有限,加上富含氫氣容易自燃的特性,在運送上會產生諸多困難,所以通常會直接用於礦場周邊的發電燃料燒掉,目前只有希臘跟德國使用較高比例的褐碳做為發電燃料,只是因為燃燒褐碳容易造成空氣汙染,經常受到輿論攻擊。
以綠電養氫氣
即便日本政府在澳洲的褐煤裡看到了新能源的希望,其生產成本依然高居不下,主要原因在於氫氣製備相當耗能,如果只是小規模生產,根本無法達到經濟效益(以量制價),而目前 KAWASAKI 採行的作法是,透過綠能發電的離峰時段,將人類用不到的剩餘電力用來生產氫氣,而這點在其他地區可能不易達成,但澳洲的綠能發電比例非常高,只要氫氣製備規模提升,價格一定能下降。
生產出來的氫氣又該怎麼辦呢?答案是透過零下 253 度的超級低溫,就能把氫氣變成原來體積的八百分之一,接著只要持續維持超低溫的狀態就能運送到世界各地。
※KAWASAKI 的超級壓縮機內部完全真空,能達到超高效率的絕熱,接著將輸入的氫氣透過熱交換器排出熱量,最終就能得到液化的氫氣。
超低溫、超高壓力、長途運輸
同時維持負 253 度的低溫,同時又要承受液態氫氣的超高壓力,而且還要從澳洲送回日本本國?光用想的都毛骨悚然,不過我們在討論的可不是什麼阿貓阿狗,而是同時擅長重工業,也同時生產飛行器,還剛好會造船的 KAWASAKI,目前川崎使用的 LNG(Liquefied Natural Gas,液化天然石油氣)船隻,正是第一台日本國產自造的 LNG 船,KAWASAKI 可說是完全掌握安定儲存與運送等重大環節。
雖說如此,一艘船用那麼久也該換了,KAWASAKI 正在著手研發下一代的超大型 LNG 運送船,一但 KAWASAKI 預想中的「水素社會」成形,就能馬上投入到供應鏈之中。
而船上可以靠發電機讓這些儲存氫氣的球體保持低溫,那陸上運輸該怎麼辦呢?KAWASAKI 獨家的絕熱技術可以讓整個運送過程全程維持極低溫的狀態,而且是實證可行的運送方式。
用宇宙的技術來存放氫氣
而存放氫氣所需要的保溫技術,實際上是從火箭相關的技術需求培養而來的,KAWASAKI 在與 JAXA(宇宙航空研究開發機構)合作的三十年間,因為各種技術上的需求而練出一身絕藝,而這類政府與企業間透過合作,讓工業能力得以不斷提升的例子在日本並不少。
製氫、運送、發電一條龍
如果把氫氣從澳洲運回來,但是國內沒有專用的燃氣渦輪機組,那 KAWASAKI 的水素大夢終究會變成一場空,而什麼都會的 KAWASAKI 就連燃氣渦輪機組都設計好,如果照 KAWASAKI 與日本政府的「水素、燃料電池戰略」的預定進程,那 2030 年日本人就能以每度(kW)17 日圓的價格,用上真正低碳排的電(目前預計會與天然氣混和燃燒)。
脫離氫氣、天然氣混和燃燒的階段之後,純氫燃燒的環境下很容易會因為高溫產生有毒的 NOx(氮氧化合物)所以 KAWASAKI 研發了具備小範圍燃燒控制機能的氫氣專用燃氣渦輪,在超低 NOx 的排放下,完整運用氫氣所能產生的能量,可說是走得非常非常前面。
零碳排與氫能源車的豪賭
目前世界各國中,日本是在氫能源上走得最遠的國家,預計在 2030 年達到完全商業運轉的程度,而歐洲各國也在 2020 年各自訂定了自己的氫能發展計畫,如德國預計在 2030 年時能達到 5 百萬千瓦,歐盟全域達到 4 千萬千瓦,法國則是 6.5 百萬千瓦,而且都搭配著各種再生能源運用,以提升能源運用效率,而美國則是選擇以提高再生能源的比例,藉此擺脫對火力發電的依賴。
然而,發展氫能源的目的終究是「發電」,日本部分車廠正在發展的燃氫引擎車款,更像是一場與純電能車的腕力對決,純電車款技術發展迅速,從儲能問題到充電速度,每年都有更新進展,而燃氫引擎能讓使用者維持既有的使用習慣,只是加油換成加氫,出門不需要擔心特別續航力的問題,各有其優勢。
然而氫氣供應鏈尚不明朗,充電樁卻是一根又一根的插,各國的能源政策不斷因應科技進程而做出微調,而石化燃料的時代即將終結,燃油車完全退場之後,究竟誰會掌握未來?筆者認為一切會在 2030 年明朗化,市場趨向也會變得更加明確,不過作為一個有點傳統的愛車人,氫燃料車對筆者而言會是更好的未來,而作為消費市場的末端,我們只能靜觀其變。
本文最後由 s121212 於 2022-5-31 21:38 編輯
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