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电动车与氢气车,到底谁会是未来主流?

 茂林之家 2021-03-01
电动车与氢气车,到底谁会是未来主流?

2020年以来,特斯拉似乎进入了一个爆发期,最能反映其价值的特斯拉股票更是不断创出新高。从今年1月开始到现在,特斯拉的股票已经上涨了300%,市值超过了通用汽车,福特,宝马和法拉利的总和,并超越了所有竞争对手,成为全球市值最高的汽车制造商。从外媒报道中挖掘到了特斯拉曾经的股东,其中就有同是汽车制造商的戴姆勒和丰田的身影。以下专门介绍这两位股东当时是如何持有特斯拉股票,之后又是如何卖出,错失了此次绝佳的投资机会。

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%。

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。

电动车与氢气车,到底谁会是未来主流?

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。

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。

电动车与氢气车,到底谁会是未来主流?

▲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;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。

电动车与氢气车,到底谁会是未来主流?

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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