電動車,零排放、零空氣汙染、零碳足跡?

所有的工業產品都有會有碳足跡,其中牽涉到加工程序,乃至於食品工業中畜養動物的嗝氣或排氣都會產生碳足跡,零排放的電動車當然也不例外。

有人爭論電動車的電池製程與報廢後的回收與其仍然使用自汙染型的火力電廠(煤,石油)而產生的碳足跡仍然相當可觀。這樣的觀點不完全錯,只是有些偏頗。電動車的電池是一次性而燃油車需要不斷加油,電動車充電來源則要看當地的無空汙發電(水力、風力、太陽能、甚或核能)容量比率,比率愈高對電動車的零排放後面的隱含零空汙程度愈高。另外人口多集中在市區,火力發電廠所造成的空汙則位於郊區,所以縱使電動車現下仍仰賴部分火力發電但是其空汙對人體的立即影響也相較於燃油車在市區排放低。

先談談燃油引擎(ICE, internal combustion engine)與馬達(motor)天差地別的效率。一般燃油車引擎有四個行程:進氣、壓縮、爆炸、排氣。其中只有爆炸行程能形成動力,其他三個行程都是浪費的(撇開渦輪增壓設計)。所以粗略的說燃油引擎只有四分之一或25%的效率。然而馬達的效能一般都在75%以上,特斯拉更宣稱其Model 3的永磁切換磁阻馬達(PMSRM, permanent magnet switched reluctance motor)設計高達97%的效率。聰明的你可能很快想到,可是燃油引擎可以直接燃燒燃油產生動力而電能卻可能需要經由發電機燃燒燃油發電,那麼不是也一樣有25%低效率的問題(想像一下引擎與發電機的類似機制),只不過是燃油引擎的低效率在能源鍊的後端而電動車的低效率在前端罷了?

下面我們來做個簡單的計算,

一般而言
煉油效率:82%
油品運輸效率:98%
引擎效率:16% (比上述的25%低,原因是燃油車還需要透過複雜的變速箱等機構)
燃油車最終效率:0.82 x 0.98 x 0.16 = 13%

燃油發電效率:33%
電力傳輸效率:94%
馬達效率:76%
電動車最終效率:0.33 x 0.94 x 0.76 = 23%

即使用一般效率馬達,上面的比較顯示電動車效率毫無疑問的高過燃油車。了解到效率之後,後續有機會我們再比較他們之間性能的差異。另一個題外笑話,為何所有車廠的名字都是某某某Motor,例如Ford Motor,General Motors等,明明製造引擎但翻成中文叫做福特馬達公司似乎怪怪的,可能是因為20世紀初期這些車廠的確做過一陣子電動車,後來因為燃油太便宜使得電動車不符成本效益,現在回過頭來再度生產電動車也只不過是回歸當初生產電動車的原意罷了,當初的馬達名稱就沿用至今甚至演變成汽車的代名詞(motor vehicle)。

發表者:李麥克

興趣廣泛,希望一天是48小時。自幼喜歡拆解家電零件安裝到其他可用的電器上面,興趣廣泛永遠有學習新知的渴望。一輩子都充滿對英文閱讀與各種工程科學 (STEM) 學習的渴望。 小時候閉起眼睛模擬雙手正在控制方向盤並加油或踩離合器換檔的快感成了我的免費虛擬電玩,年輕時迷上電視影集霹靂遊俠後 (仍熟悉的"老哥"稱呼?),更開始對汽車產生了各種幻想。有幸此生見證了電動車的崛起與可預見的自駕車的未來並親歷其中,即使是在人生的下半場。在讀了來自克羅埃西亞電動超跑Rimac C_Two的故事,後產生了取個李麥克筆名的靈感,既有自己的姓又與Rimac諧音同時又可將自己投射到霹靂遊俠中的主角。 自2012年特斯拉推出Model S後即開始累積電動車方面的學養。更於2018年在浸淫軟體工程領域二十餘年與後期的3D感測與自駕車應用新創公司數年後,因著對電動車的狂熱開始對特斯拉(Tesla)是如何成功的好奇而"誤入歧途"一頭栽進對電動車的研究。於是在同年前往英國攻讀英國第一屆電動車工程碩士學程並於次年取得人生繼台灣與美國碩士學位後的第三個電動車工程碩士(MSc with distinction in Electrical Automotive Engineering)。目前開設電動車相關技術與各類電腦資訊教學課程(程式設計等),電動車專長領域為動力系統(Electric Drive)。 嗜好:英語閱讀、電動車、程式設計、顧問、教學、網球、小號、爵士鼓、吉他

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