「能源危機」和「環境保護」

元培科技大學企業管理研究所學生 黃夢軒

  「能源危機」和「環境保護」是本世紀關係人類生存發展的重要議題,而能源也是一切經濟活動的動力來源,與社會經濟發展息息相關。目前全世界皆投入大量的經費和人力進行技術研發,希望能夠催生各種潔淨的新能源。燃料取得相對較為容易、發電效率高、用途廣,以及技術發展日趨成熟穩定,在諸多清潔的新能源中,以燃料電池的發展最受重視。

  燃料電池(fuel cell)是一種發電裝置,但不像一般非充電電池用完就丟棄,也不像充電電池用完須繼續充電,而是繼續添加燃料-氫以維持其電力。燃料電池依電解質的不同,可區分為鹼液型(AFC)、磷酸型(PAFC)、熔融碳酸鹽型(MCFC)、固態氧化物型(SOFC)、質子交換膜型(PEMFC)、直接甲醇型(DMFC)等六種。因此燃料電池本身是一種發電裝置,若裝設在車輛上,搭配馬達和傳動系統,就成為電動交通工具,而且有優異的環保效益。

  近期燃料電池的發展,是利用氫氣為燃料的低溫型質子交換膜燃料電池為主。它的作用原理是以氫為燃料,經過和氧的電化學反應後,不需燃燒就可以把反應的化學能轉為電能。它是一種直接式的能量轉換器,不但發電效率高,而且最終的產品只有熱能和純水,可視為一種綠色環保發電機,是推廣清潔能源和動力科技的未來趨勢之一。燃料電池有兩項符合時代趨勢的特點:

  效率高:傳統內燃機﹝發電機﹞要將例如煤、燃油、瓦斯等物質的化學能轉變為電能的發電過程,是由燃料混合氧、先轉變為熱能、機械能,再轉變為電能的複雜程序,因此一般只有30%左右的效率。

  反之,燃料電池的能量轉換效率非常高,它是利用輸入燃料混合氧,不經過轉換機械能便能持續產生熱能及電力,也不須傳統二次電池所需的充放電程序。以氫氣及氧氣為燃料,利用觸媒加速反應速率,燃料電池可直接將化學能轉變為電能,其效率可接近40%,若再包括回收餘熱,效率更可輕易超過65%。而且只要正常使用下,燃料提供無虞,目前依照官方說法並無使用時間上的限制。 乾淨 :燃料電池的發電過程幾乎沒有造成任何污染。如果以11百萬瓦燃料電池的發電廠為例,電廠運轉的氮氧化物排放量為1PPM,也沒有硫氧化物及粒狀污染物,比目前最清潔的天然氣發電廠還乾淨,同時具備低噪音、安靜等特色。

燃料電池可區分為以下幾種:

  鹼液型﹝AFC,alkaline fuel cell﹞、磷酸型﹝PAFC,phosphoric acid fuel cell﹞、質子交換膜型﹝PEMFC,proton exchange membrane fuel cell﹞、熔融碳酸鹽型﹝MCFC,molten carbonate fuel cell﹞、固態氧化物型﹝SOFC,solid oxide fuel cell﹞,以上燃料電池皆以內涵的電解質作為分野,所以在工作溫度上也有所不同,汽車工業應用最為廣泛的就是質子交換膜型﹝PEMFC﹞,我們稱為氫氧燃料電池,此種電池與其他燃料電池相較,具有重量輕、體積較小、啟動快﹝溫度﹞與機組材料選擇性大﹝塑膠﹞等優點,目前正積極應用於車輛動力系統、發電機組與較小型攜帶式電力裝置上。燃料電池在汽車上的技術

  由於燃料電池本身就是一個發電裝置,能驅動馬達提供汽車動力,而現今的燃料電池車馬達上大多具備汽電共生的技術,將反應時釋放的廢熱回收成電能回收到電瓶內,提供加速或爬坡時電力補足,將動能轉變為電力回充在電池裡,提升燃料電池車的總效率。

  舉個實例,Hy-wire是通用汽車﹝GM﹞於2002年北美國際車展上,首次推出的概念車Autonomy實體化產品,而這部概念車是第一款從頭開始設計便採用燃料電池作為驅動系統的車型,當然也是第一款將燃料電池與線傳操控技術相結合的車型。

  燃料電池徹底改變燃油發動機原理,在動力系統上,Hy-wire運用全球最豐富的氫作為燃料來源,燃料電池組安裝在底盤的後方,可連續產生直流電共94千瓦的動力﹝尖峰值129千瓦﹞,相當於126匹馬力的功率來驅動馬達。