再生氫能

如您長期關注這裡，不難發現筆者在氫燃料電池電動車方面(FCEV)的鼓吹(附註：一般鋰離子電池電動車簡稱BEV)。理由很簡單：氫燃料是如此的簡單與潔淨。聯華氣體今年也將在台南建造第一座加氫站，期待能慢慢喚醒我們對氫燃料電池電動車的認識。

氫依生產過程的環保等級分綠氫、藍氫、與灰氫，環保等級依序降低同樣的其價格也依序降低。個人注意到早期文獻中綠氫定義僅是產氫過程是否環保，譬如利用電解水製氫(一般會指利用離峰用電)，其製程沒有排放堪稱乾淨且環保等級高的當然價格也貴。藍氫則是由石油或天然氣中提煉出來，但過程中的碳排放會被回收處裡。灰氫則與藍氫類似但過程中的碳排放則不會被回收處裡，雖然成本最低但如同燃油一樣有碳排問題。近期文獻則已直接將綠氫稱作再生氫，意即電解水產氫的過程所需的電能來自於再生能源(太陽、風力、水力等)發電而非火力發電(燃煤、燃油、天然氣等)，所以當然環保等級又高了一個層次也算是道地的綠氫。這邊順帶給大家一個粗略的數字概念：同樣以跑500公里里程需求計算，以目前燃油車加滿油50多公升(40kg)約台幣1500，FCEV加滿綠氫5kg則約需台幣2500 (以加州為例，附註：加州的發電今年進入幾乎百分之百的綠電，所以我也假設這是高貴的再生氫等級)。以這個數字看來，推廣FCEV的門檻其實並沒有想像中的高。過去十年由於電動車的強勢帶動相關產業，鋰離子電池的價格得以在過去十年內掉了近80%。同樣的，我們也可以合理的預期氫的價格也可以經由產業基礎架構的大量投資而大幅降低。

反對FCEV的人基本上的論點不外乎氫雖然在地球是豐富的元素，但都不是以可以立即利用的形式存在，而需要從天然氣提煉出來或再耗費電能自水中電解出來以至於能源效率較差，相較於鋰離子電池的76%，它大約是45%。加上以高壓壓縮氣體方式(約350或700大氣壓，稱之為CGH2)或極低溫的液態氫(氫氣在一般環境一大氣壓下的液化溫度約攝氏零下253度，稱之為LH2)的高壓或冷鍊運輸與符合這兩條件中的任一條件下的加氫站衍生出的特殊儲存成本，所以這類論點的結論就是它當作車輛的能源是一個很沒效率的應用。但我必須說這樣的導論失之偏頗也太侷促在能源轉換與儲存的過程。車輛的電動化牽動的是整個環境與產業生態的串聯交互作用而非單純的能源轉換是否有效率，如果單純的考量能源轉換效率，那麼燃油引擎的16%效率可能早在一個世紀前就已被淘汰掉，只是因為上個世紀初汽油是如此的便宜。此外，沒有龐大耗能甚至被詬病為污染的鋰礦開採產業，目前賴以生存的電動車能源 – 鋰離子電池 – 就不存在。沒有游刃有餘的電網提供一般家庭與工業用電之外的大量備載充電功率，就沒有公共充電樁產業。沒有充電樁產業電動車勢必無以為繼，總不能沒電就要人回家充電(前提還是你家有充電設備)。不會啊!鋰離子電池中的鋰不是可以回收再製嗎，這樣就不用不斷的開採鋰礦？是也不是，回收這類的金屬雖然必要也很有價值但是個高耗能的產業，而這多出來的能耗不就與產氫時的電解能耗抵銷掉。另外鋰離子電池大幅增加的重量(與同級燃油車相比約增加500kg)也提升了輪胎與車身耗損與道路路面維護的頻率。能量不滅與天下沒有白吃的午餐再次驗證這樣的循環(能源效率BEV的76%雖然高於FCEV的45%)，端看我們看重過程中的哪一個環節。以車輛來看，BEV與FCEV雖都屬行進間零排放外，我們更在乎的環節是車身重量(氫燃料電池組加上氫儲存桶約100kg上下，相較於鋰離子電池的500kg)、能量密度或里程(小客車為例，僅需1kg氫就可跑100公里)、與補充能源的方便性(加滿氫的三分鐘與充滿電目前仍約三十分鐘相比)，另外別忘了，每一輛FCEV等同一台行動空氣清淨機在幫我們進行市區空氣淨化。在鴨子划水默默發展FCEV之下，這樣的強勢優點我相信日本韓國與德國都看見了它的潛力。

事實上目前有動作的車廠包含Toyota的Mirai與Hyundai的Nexo FCEV車款與較早的Honda 的Clarity FCEV車款。BMW更與Toyota合作預計2025年出BMW的第一款FCEV。Honda本週也宣布計畫將2017年出產的Clarity FCEV技術移轉到CR-V並將於2024年量產以FCEV為基礎的插入式FCEV，也就是這輛FCEV除了可充填氫直接產生電之外也可以對附帶的小容量的蓄電池以家中的交流電進行交流慢充(該車款無直流快充能力)，也許這在未來會替FCEV又增加了另一種組合的市場名稱，譬如Plug-In FCEV或PFCEV。這裡稍作說明，目前所有的FCEV都會附帶一個小容量的電池幫助調控動能與進行剎車動能回收的功能，但不能直接經由插入外部電源進行充電，基本架構類似混合動力車款中配備約一到兩度的小容量鋰離子電池，差異只會是根據車款的設計目的決定這顆小容量的鋰離子電池要有多大的容量。PFCEV當然是著眼於當加氫站還不是那麼普遍的地區或階段時提供駕駛採用較為方便的傳統充電方式，就如同插入式油電車(PHEV)的存在同樣也是在純電動化轉型過程中提供有純電里程焦慮駕駛一個垂手可得的燃油選項。

另外氫的運送除了前述高壓氣體與低溫液態兩種之外，也不斷地開始有各類氫運送載體(譬如氨NH₃)、管線輸送、甚至現地產氫(加氫站直接現地製氫)的研究如雨後春筍般地出現，這部分容後續文章再另行探討。最後，電動車已是一條國際認證不可逆的道路，只是我們必須以更開放與積極的態度努力尋找除了笨重的蓄電池之外的其他電動車能源的選項。先撇開不少國家備載電力不足的問題，假設現行路上13億輛車輛都是電動車，那麼現行鋰況的開採不是普通的不足而是嚴重的不足。在此狀況之下，個人相信十年是一個FCEV可以期待的開花結果的時間點，並與充電電池共同形成一個強而有力的電動車能源互補。

Disclaimer: 本文不是要提供燃油車的擁護者任何持續的理由，而是希望在電動車的既定方向與快速發展之下尋找更多電動車的能源選項以滿足各行各業需求(譬如重型運具產業對氫燃料高能量密度高里程的需求)，並符合各區域或國家的特殊地理環境與電網的條件甚至衍伸的國安依賴性考量。