博世強調燃料電池是未來交通移動的關鍵

電動交通正在加速發展,對於減少由交通運輸產生的二氧化碳排放至關重要。然而,對於需要長途運輸、載重 40 噸的重型卡車,僅使用電池提供電力的運行成本,是否合乎效益?考慮到目前技術條件下的電池重量、冗長的充電時間以及有限的續航力,電動動力系統似乎不是重型卡車的首選。然而,在不久的將來,即使是載重 40 噸的重型卡車也能以純電驅動模式行駛 1,000 公里以上。 當使用再生能源生產的氫氣作為動力時,即可達成氣候中和的貨運交通。博世正朝著這個方向邁出了第一步,研發卡車專用的燃料電池動力系統,並計畫於 2022 年 至 2023 年間開始量產。在卡車相關應用成功後,博世將繼續拓展燃料電池在小客車的應用,使之成為未來動力系統產品組合中不可或缺的一部分。

燃料電池和氫能源將是未來交通移動關鍵的七個原因:

1) 氣候中和

在燃料電池中,氫氣會與周圍空氣中的氧氣發生反應,其釋放出的能量可轉化為電 能,再進一步驅動車輛。熱能和水是反應過程的另外兩項產物,水電解後將再次分 離出氫氣和氧氣,而電解所需的電力亦由可再生能源產生。因此,燃料電池動力可 以完全實現碳中和。尤其以中重型車輛而言,若計入生產、行駛和廢棄物產生的二 氧化碳,燃料電池汽車的總碳排放量將低於純電池動力汽車。除儲氫罐外,燃料電 池汽車僅需一個小體積電池用於緩衝儲存,大幅減少汽車生產過程中的碳排放。 「燃料電池的優勢正是可補強電池動力系統的不足」,博世動力系統解決方案事業部總裁 Uwe Gackstatter 博士解釋,「也就是說,燃料電池和純電池之間並不存在競爭 關係,而是得以完美互補。」

2) 應用前景

氫氣的能量密集度高,一公斤氫氣的供能相當於 3.3 公升的柴油。乘用車每百公里 耗氫約一公斤,而載重 40 噸的重型卡車每百公里耗氫則達七公斤。與柴油及汽油 類似,一個空儲氫罐僅需幾分鐘就能加滿,讓汽車繼續上路。Gackstatter 博士表 示,「燃料電池是每天需要長里程、重載運輸汽車的首選。」在由歐盟資助的 H2Haul 專案中,博世正在與其他公司合作,打造燃料電池卡車小型車隊。除了交 通移動領域,博世正在運用固態氧化物 (solid-oxide full-cell, SOFC) 燃料電池技術, 開發固定式燃料電池電池組,預計用於城市、資料中心和電動汽車充電站的小型分 散式電站等相關應用。為實現巴黎氣候行動目標,除了小客車和商用車,火車、飛 機和船舶也需要以氫能驅動。此外,能源和鋼鐵產業也正計畫使用氫能源。

燃料電池動力系統使長程運輸達成氣候中和。圖/博世提供
燃料電池動力系統使長程運輸達成氣候中和。圖/博世提供

3) 效率

效率是決定動力系統是否友善環境及利於獲利的關鍵之一。與傳統的內燃機引擎汽 車相比,燃料電池汽車的能量轉換效率高出 25%。此外,再生煞車機制致使能源 效率進一步提升。雖然電池電動汽車直接將電能儲存於車輛並為其提供動力的效率 更高,然而,能源的生產的時間和空間並不能完全配合其需求,如同風能、太陽能 發電廠所生產的電力往往因未經使用和難以存儲而變成廢電。對此,氫能的優勢更 為顯著,難以利用的電力可用於分散式的氫氣生產,產出的氫氣儲存靈活且易於運 輸。

4) 成本

隨著產能擴大、可再生能源發電價格降低,氫能源的成本將大幅下降。據 90 多家 國際公司組成的國際氫能委員會(The Hydrogen Council)估計,氫能在很多領域 的應用成本將在未來十年間下降一半,與其他科技相比更具競爭優勢。博世目前正 與新創公司 Powercell 合作,共同開發燃料電池的核心—電池組,並為其上市及生 產製造做準備,以提供低成本、高性能的解決方案。Gackstatter 表示,「從中期來 看,使用燃料電池汽車不會比傳統動力系統汽車更昂貴。」

5) 基礎建設

如今,加氫站的覆蓋率仍未完善。在歐洲,約180 個加氫站即足以滿足部分重要運 輸路線的需求。多個國家的公司正合作推動加氫站的拓展,時獲國家補助。在德國, 政治人物也逐漸意識到氫能對經濟「脫碳」的重要性,因而將加氫站的擴張納入全國 氫能策略 (National Hydrogen Strategy)。例如,到 2020 年底,H2 Mobility 合資企 業將在德國建立約 100 個公共加氫站。此外,歐盟資助的 H2Haul 專案正致力於打 造燃料電池卡車車隊以及卡車路線上的加氫站。目前,日本、中國和韓國亦全方位 支持基礎建設的建立。

6) 安全

相較於燃油車或是電池電動車,氣態氫在車輛上的應用同樣安全。儲氫罐並不會增 加爆炸的風險,雖然氫氣與氧氣的結合燃燒且兩者的混合物超過一定比例時,確實 可能發生爆炸,但氫氣比空氣輕 14 倍,所以極易逸散。自車輛儲氫罐中逸出的氫 氣的上升速度,會快於其與周圍氧氣發生反應的速度。美國研究人員曾於 2003 年 Page 3 of 3 對一輛燃料電池汽車進行試驗,期間曾出現一次閃火,但很快就熄滅了,車體基本 上未受損壞。

7) 時機

氫氣生產是歷經反覆驗證且製程在技術上較為簡易,因此可迅速提高產能以滿足更 大的需求。此外,燃料電池的技術成熟度已達商業化和廣泛使用的標準。據國際氫 能委員會所估計,只要有足夠的產業投資和政策推動,氫經濟在未來十年內將具備 競爭優勢。「現在正是邁入氫經濟的好時機。」Gackstatter 補充。

電池組是燃料電池的核心。圖/博世提供
電池組是燃料電池的核心。圖/博世提供