電動車與氫氣車,到底誰會是未來主流?

Tesla 台灣官網正式上線的消息一傳出立刻震驚台灣車壇,並讓不少人不禁想像起 Tesla 在台灣普及化的可能性;而在稍早三月,喜歡開車的總統蔡英文也在高雄試乘 TOYOTA 所推出的世界第一台量販氫氣車「MIRAI」。加上 Tesla 在台供應鏈曝光走俏、立委想為台灣燃料電池業與日本氫氣車牽線等產業面訊息傳出,一時間綠能車成了台灣最熱門的產業話題。
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Tesla 台灣官網正式上線 ,並公布 Model S 在台售價(60 kWh 為 3,061,000 元新台幣)的消息一傳出,立刻震驚台灣車壇,並讓不少人不禁想像起 Tesla 在台灣普及化的可能性;而在稍早三月,喜歡開車的總統蔡英文也 在高雄試乘 TOYOTA 所推出的世界第一台量販氫氣車「MIRAI」。加上 Tesla 在台供應鏈曝光走俏、 立委想為台灣燃料電池業與日本氫氣車牽線 等產業面訊息傳出,一時間綠能車也成了台灣的熱門產業話題之一。

不僅如此,之前電動車與氫氣車的產業龍頭們甚至各自為自家產品與技術打過不小的口水仗,Elon Musk 曾狠狠地罵過燃料電池是「bull shit」,但 TOYOTA 也因此推出過「Feuled By Bullshit(用牛糞當燃料)」的廣告回擊。

作為現今綠能車的兩大規格,究竟電動車(EV)與氫氣車(FCV)各自有什麼特點?未來又可能由哪方勝出,成為未來汽車產業的新主流呢?

不只是「一個吃電,一個吃氫氣」這麼簡單

表面上電動車與氫氣車的最大差距就在於「一個吃電,一個吃氫氣」,不過嚴格說起來,這兩種車輛最終還是使用「電」做為最終驅動車輛的能源。俗稱電動車(Electric Vehicle)的正式名稱是電池電動車(Battery Electric Vehicle),顧名思義其原理是由充滿的電池供應電能給電動機,再由電動機轉換成動能讓車輛前進。一般而言,電動車會被視為「綠能」的主因之一在於可節省非常多不必要的能源浪費,電動機轉換成動能的效率平均高達 80% 以上(市售汽車的內燃機約不到 20%),Tesla 的 Model S 更可高達 90%。

▲2015 全球單款電動車銷售冠軍就是 Tesla Model S,Photo Credit: 路透社

而市面上主流的氫氣車正式名稱為燃料電池車(Fuel Cell Vehicle),其原理為燃料電池透過氫與氧的化學反應產生電能與水,再以電能推動電動機轉換成動能驅動車輛(使用內燃機燃燒氫氣的另一種氫氣車被稱為為氫內燃車 HICEV)。由於最終車輛本身只會排放水,而非會造成溫室效應的二氧化碳,也被認為是綠能車的另一個主流選項。以目前 TOYOTA MIRAI 所採用的 PEM 類燃料電池為例,能源轉換效率約在 60% 左右。

而這兩者最大差異就是「充電」時間,各自以 Tesla Model S 與 TOYOTA MIRAI 為例,Tesla Model S 80kWh 以家用三相 32A 充滿大約要 5 小時;而 TOYOTA MIRAI 由於是「補充氫氣」,只要 3-5 分鐘,就跟加油差不多。

▲TOYOTA 是全球首款量產上市的氫氣車,Photo Credit: 路透社

氫氣車背後代表的氫產業,只是石化產業的「變體」嗎?

的確,氫氣車表面看起來不用擔心要花太多時間在充氣上,比較符合現今主流汽油內燃車的駕駛習慣。不過,現今的「氫氣車」還是有不少人詬病並非是真正的綠能,以 美國為例 有高達 95% 的商業用氫氣,都還是來自以石油為主原料的蒸氣重組法(Steam reforming)」生產,甚至有人批評氫氣只是「石化產業的新型態」;若從水資源的角度來看,根據德州大學奧斯汀分校的 一份研究 顯示氫氣車每英里需消耗 13 加侖的水,遠比現有汽油內燃機的 0.63 加侖或是柴油 0.46 加侖都來得高。

▲不少人批評氫產業只是「石化產業的新型態」,Photo Credit: 路透社

因此把氫氣製程變得更乾淨環保,就成了目前氫氣車甚至到整個氫產業的未來主軸。第一個方向就是仰賴風力、太陽能等技術的提升,讓更多再生能源發電產生的電力運用在水電解所產成的氫氣。第二個方向則是日本川崎重工正積極商業化,利用褐煤煤氣化氫氣製備裝置生產氫氣,再搭配「二氧化碳收集儲存」(CCS)技術將二氧化碳儲存於地質構造或讓藻類吸收,避免排放至大氣中擴大溫室效益的做法。

不過即使有了更乾淨的生產方式,要讓氫氣車真正普及的另一項大考驗就在廣設加氫站。在日本設立一間加氫站的成本約為 5 億日圓(約 1.47 億新台幣),是設立普通加油站成本的五倍以上,連大力推廣「氫社會」的日本全國現在也只有 80 間,要到 2025 年 320 間的目標估計還要花費 1200 億日圓(這還沒算入大型提煉廠,管道,運輸車輛,儲存設施,壓縮機等成本)。

除了充電費時,電動車產業還有哪些問題?

相比之下,雖然還有充電時間過長的問題,但電動車的優勢是只要依賴現有的電網體系,就能為車輛充電。像裕隆按型號不同,只要 7-15 萬就可在自家設立充電柱。若利用電費離峰時段,可將一公里的行駛成本最低壓在 0.5 元左右。

▲只要 7-15 萬就可在家設立充電柱,Photo Credit: 裕隆電能

跟氫氣車相比,電動車上比較沒有「製氫→運送→發動車輛」等二次耗能的問題。縱使電動車所消耗的「電」還是現今以化石、核能為主的發電結構,但以從台灣的角度來看,台電火力發電的效率約為 43%,以 104 年的線路損失率 3.72% 乘以電動車轉換率 85% 初估計算,最後電動車的能源效率約為 35.2%,高於汽油內燃機的 20%。簡而言之,電動車確實比現有的汽油車,或是氫氣車在能量消耗上表現較佳。

不過,這就不代表電動車是完全無污染的車輛。鋰電池對環境的破壞主要出自原料「鋰」的提煉過程,其主要生產法之一「熔鹽電解法」會產生氯氣;鋰電池本身的回收經濟價值也不高,其含有的鉛、鉻也具有不小的生態毒性(ecotoxicity)。

目前普及以電動車領先

由於電動車面世已久再加上充電相對容易,目前普及速度也是以電動車較佔優勢,這要歸功於中國與歐洲電動車市場同步興起,跟「話題性品牌」Tesla 推波助瀾之故。根據 車輛研究中心 的報告指出,2015 年世界純電動車輛銷量到達了 30 萬量;而在另一份 Electric Cars Report 的報告中指出,目前全世界氫氣車的銷量大多只計算 TOYOTA MIRAI 一款,將從 2015 的 700 台年產量逐步於 2016 年提高至 2000 台、2017 達 3000 台的水準;但即便如此,仍然與電動差相差了 100 倍。

Photo Credit: 財團法人 車輛研究中心

成本壓低是獲勝關鍵之一

從商業角度來看,壓低成本是大眾型商品在市場競爭中勝出的關鍵之一。Tesla 跟日本松下積極合作建造超級電池工廠(Gigafactory)可望讓 Tesla Model S 的電池成本下降 30%,甚至還可出售電池模組給其他電動車與家用市場,並涉獵電網儲電站的大型市場。另外由於發動原理相對單純,電動車零件比起現有的汽油車簡單許多,這意味在規模擴大以後,消費者的維修成本也相對便宜。另外加上連網功能、 Autopilot 輔助駕駛功能等特色,使得 Tesla 比起其他電動車更具市場魅力。

相比於鋰電池成本降低正處於現在進行式,TOYOTA 研發燃料電池的時間已長達將近了 20 年,歷經三段技術世代的磨練之後,其最新 3D 立體微流道技術讓體積功率密度比上一代整整提昇 2.2 倍到達了 3.1 kw/l,大幅提昇了發電效率,並且成功降低 95% 製造成本,讓 MIRAI 正式量產上市得以實現。另外由於氫氣車與現有汽車之間引擎置換後重新設計的成本要低得多,因此像 TOYOTA、HONDA、現代、通用與福特等汽車大廠也較看好其未來,投注較多的研發成本押寶在燃料電池上。

EV 與 FCV 不一定就得捉對廝殺

雖然現在看起來市場上是以電動車為上風,但電動車除了充電時間過久、電池成本高昂以外還有一個很大的缺點:難以利用在需要高度扭力、長時間行駛的大型、工程車輛上。雖然現在已有 Nikola 發表大型電動貨車頭,但終究是油電混合型,稱不上是「完全電動車」。顯然在大型工程的「綠能」車輛方面,會是氫氣車的天下。也因此有不少人提倡「個人用電動車,巴士等大型交通工具用氫氣」的概念。

不過無論電動或氫氣,小到充電使用者經驗,大到國際政經與能源結構,現在他們最大的對手都還是有 130 年歷史,傳統的內燃機汽油車。但當年亨利·福特的 T 型車也只花了十餘年就改變了人類交通史,在這場綠能車的革命風潮中,你看好哪一方呢?

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