世界各國紛紛加入禁售汽柴油車時間表,但問題有這麼簡單嗎?

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 27 日 8:30 | 分類 生態保育 , 能源科技 , 電力儲存 follow us in feedly

空氣污染已經成為全球熱門議題,從之前英國、法國、印度都宣布在 2020~2040 年逐步禁止販售汽柴油車,以及對柴油車加重課稅等政策,2017 年 9 月中國宣布正在研究禁售傳統能源汽車的時間表,一直到今天為了搶救空污,我們的行政院也宣布:2040 年新售汽車全面電動化。一時之間世界各國紛紛加入禁止販售汽柴油車行列,好像只要在路上跑的都是電動車,空氣就不再污染,人類的能源問題迎刃而解。然而現實很嚴峻,如果要讓路上跑都是電動車,那我們至少要再蓋幾座大型發電廠,請問,世界各國的政府禁售汽柴油車同時,都開始規劃新建大型發電廠了嗎?



汽柴油車的確是空氣污染的元兇

人類的空氣污染是從工業化以後就一直存在的問題,到 1980 年代以後世界各國努力拚經濟,工業化與自動化也讓汽車價格逐年降低,最後讓更多人能買車,因此空氣污染更嚴重,火力發電廠與一般工廠每天排放出來的污染物就夠令人傷腦筋了!汽柴油車是拖著一支長長的排氣管滿街排放廢氣,更是造成今天空氣污染的元兇,因為發電廠或工廠排放的污染物可以集中管理,硫化物、氮化物、PM2.5 微粒等污染物可利用化學或物理方法回收,但儘管如此,住在旁邊的居民一定還是覺得空氣明顯比較差,因為不論再好的回收設備,都不可能百分之百回收污染物,就更不用說汽柴油車分散在大街小巷,要回收污染物又必須考慮成本問題,觸媒轉化器也只能減少污染物,其他無法減少的只能任由它排放到空氣裡了!

註:PM 是指懸浮微粒(Particulate Matter),PM2.5 是指直徑 2.5 微米以下的懸浮微粒,頭髮直徑大約 100 微米,因此 PM2.5 是肉眼看不見的污染物,但是吸入人體可能會造成肺部或身體的病變。

全面改用電動車是不是人類的能源問題就解決了?

以電動車全面取代汽柴油車的確是可以減少空氣污染,其實過去大家也都知道,只是以前沒有成熟的電池技術,目前人類最成熟的二次電池包括:鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池等,如表一所示,其中鉛蓄電池能量密度太低、鎳鎘電池有污染問題,一直到鎳氫電池出現才大量應用在汽車;鎳氫電池的能量密度較高,安全性又很好,因此 Toyota 應用在 Camry、Prius 等油電混合車,由於有汽油協助使用引擎充電,因此電池不需要太大,這種技術已使用超過十年沒有太大的問題,但是由於它的能量密度不夠高,不容易應用在完全使用電池的電動車,因此唯一的機會就只有鋰電池了!

▲ 表一:二次電池的種類。

鋰電池又分為鋰離子電池與聚合物理電池,它們的陽極材料相似,主要差別在陰極材料與電解液使用「高分子聚合物」取代,可降低成本且增加能量密度,不過這些高分子聚合物通常化學安定性不佳,安全性較低,應用在汽車較困難。因此鋰離子電池成為目前電動車的最佳選擇,再加上鋰電池堆疊技術與電池管理系統(BMS:Battery Management System)成熟,造就了這幾年電動車市場的蓬勃發展。為了解決鋰電池可能爆炸的問題,業界也已經開始發展「全固態鋰離子電池」。

【延伸閱讀】對鋰離子電池的原理有興趣的人可以參考〈知識力專家社群:鋰離子電池(Lithium ion battery)〉

【延伸閱讀】對鋰離子電池的原理有興趣的人可以參考〈知識力專家社群:全固態鋰離子電池〉

電動車如何充電是個大問題

問題是電動車要充電,如何充電是個大問題,因為電動汽車的電池重達 200 公斤,很難由使用者如 Gogoro 機車那樣自行更換充電,只能以定點充電的方式進行,即使目前的規格要求在 1 小時內完成充電,使用者是否能在加「電」站等 1 小時卻是個問題。如果必須把車開回家在停車場充電,最大的問題是目前的電力基礎建設不足。假設大樓停車場有 100 個停車位,每個都設置插座,當 100 台電動車同時充電,大樓變壓器無法承受如此巨大的電流,因此整個電力基礎建設,包括變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成,聽起來就不是短期內可做到的事。

此外,牆壁上插座裡的電又是那裡來的呢?是由發電廠來的,說來說去,又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供電力。核能目前社會接受的可能性很低,在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠,說來說去又回到最原始的火力發電,不論使用天然氣或煤碳,最後還是免不了要造成空氣污染,因此要說電動車可改善空氣污染是對的,但說這樣就能完全解決空氣污染,那只是把城市裡的空氣污染轉移到郊區發電廠而已。如果要讓路上跑都是電動車,那我們至少要再蓋幾座大型發電廠,請問,世界各國的政府計畫禁售汽柴油車同時,都開始規劃新建大型發電廠了嗎?

氫能與燃料電池:終極環保的再生能源?氫氣來源是個大問題

傳統電池直接使用化學反應產生能量,優點是能量轉換效率很高(80% 以上),但是充電需要比較長的時間;而使用燃料以內燃機(汽車引擊)進行燃燒反應產生能量,優點是可以直接補充燃料,但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30% 以下)。科學家開始思考,有沒有一種方法同時具「電池」與「燃料」的優點呢?於是燃料電池從此誕生了。

燃料電池和傳統電池的原理相同,都是將活性物質的化學能轉換成電能,但是傳統電池的電極本身是活性物質,會參與化學反應;而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已,並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應),必須將活性物質(氫氣或含氫原子的化合物)加入電池內(就好像汽車補充燃料),才能產生化學反應形成電能,是一種要補充燃料的電池,故稱為「燃料電池」(Fuel cell)。

燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水,反應後排放的氮化物或硫化物極少,幾乎沒有任何污染,因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣為燃料,卻成為最大的問題。

高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題;因此有國外公司開發出可以承受 700 大氣壓的航太複合材料儲氫瓶,可以取代氫氣鋼瓶,Toyota 公司更在去年推出氫燃料電池車款 Mirai 創下單次加滿氫氣可行駛 500 公里的紀錄,已經是成功的商品了,那麼它的問題到底在那裡呢?

【延伸閱讀】對鋰離子電池原理有興趣的人可參考〈知識力專家社群:燃料電池(Fuel cell)〉

氫燃料電池車款 Mirai

首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題,氫氣的來源則是更大的問題。大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣,問題是電解水產生氫氣的成本很高,而且這些電還是來自發電廠,結局還是要用火力、核能、水力發電來提供電力,為了降低成本,目前工業主要是將碳氫化合物(石油)以「蒸氣重組」(Steam reforming)方式分解生產氫氣,搞了半天還是要以石油為原料,看起來人類還真是擺脫不了石化燃料。

為什麼世界各國都是訂定 2040 年禁售汽柴油車?

很有趣的現象,世界各國都是訂定 2040 年全面禁售汽柴油車,為什麼是這個時間呢?主要還是大家覺得前面我們介紹的這些問題,包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠,或是太陽能、風力發電等新能源開發,大約需要 20 年時間,因此選擇了這個時間點。不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」,還有一門不可言傳的心思,那就是老百姓對空氣污染已忍無可忍,但是眼見要解決這個問題困難重重,宣誓「2040 年」禁售汽柴油車,等於是給老百姓交代,反正 2040 年是 22 年以後的事了,到時是誰執政還不知道,且到時候站在台上的一定不是現在宣誓的那個人,這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」,何樂而不為?

能源問題人人有責,不能把責任推給政府

經過前面的介紹,大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單,政府該做的,不只是只靠嘴巴說宣誓禁售汽柴油車,而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於:電價太便宜造成使用者沒有節約用電的習慣,各種價格較高的家庭能源管理系統(Home Energy Management System,HEMS)乏人問津。電價如果真的大漲又會造成物價波動,受限於選舉與政治因素,要讓電價上漲也是困難重重,只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣,才是有效的方法。

(首圖來源:pixabay

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