氫能新時代:世界首班長途「氫鐵」在德國發車

發佈日期: 2016 年 11 月 03 日 9:55 | 作者: | 分類: 產業資訊

「氫能」作為有望取代石油經濟的明日之星,自第一次能源危機後,就被各國作為重點發展目標之一,如冰島自1999 年就導入「氫經濟」,運用多餘電能製造氫氣,並打造使用壓縮氫氣的城市公車,期望在2050 年完全脫離石化燃料 ;美國的NREL 和Xcel 兩家能源公司將科羅拉多州的風力發電與氫能結合,將氫氣儲存於燃料電池中;中國運用工業副產氫供給加氫車的能源需求,自2006 年的北京加氫站開始,到2016 年9 月為止共有北京、上海、鄭州、深圳4 座加氫站,預計2016~2017 年將再新建4~5 座加氫站,2020 年目標達20 座。

世界首輛氫能火車登台

由上述例子可以發現 —— 氫能並無法從大自然中取得,須以其他發電方式生產氫氣,並常儲存於燃料電池內,搭載在交通工具或機具上使用。

講到交通工具,不得不提在運輸史上已有近兩百年歲月的老大哥 —— 火車,而在氫能燃料電池車已發展十幾年後,世界第一輛完全氫能客運列車 ——Coradia iLint 於2016 年九月中旬的InnoTrans 貿易展覽會中亮相,預定今年先於位在德國西北邊的下薩克森邦(Lower Saxony)進行測試,等到2017 年的12 月就會全面公開營運。

Coradia iLint 介紹影片。

雖然2015 年中國就傳出世界首列氫能列車的消息,不過那台由南島青島四方股份公司研發的是「氫能有軌輕型列車」,最高時速為70 公里,加滿一次氫氣可行駛100 公里,適合在城市內作為大眾交通運輸工具。

而這輛小名叫「氫鐵」(hydrail)的火車,並不出自於工業大國的德國之手,而是由法國運輸公司 —— 阿爾斯通(Alstom) 一手打造,是第一台真正完全使用氫能的長程交通工具。

「氫鐵」透過安裝於每節車頂上的氫氣燃料槽供給能量,由龐大的鋰電池組驅動列車,並能容納300 名乘客。燃料槽每組重達94 公斤,充飽之後足以供給「氫鐵」運行一整天所需的能源、或最遠可走上800 公里(台灣鐵路繞一圈近900 公里),並且最高時速能達到每小時140 公里。

德國曾在2016 年5 月8 日以再生能源達到95% 的能源需求,擬定一個計畫,預計在2050 年讓再生能源能達到60 % 的能源年需求量,而據德國時報Die Welt 報導,德國預計採購14 輛「氫鐵」,若在下薩克森邦地營運效率佳,則會考慮繼續擴大到德國其他區域運行,期望能以「氫鐵」取代德國4,000 輛柴油列車,無疑為德國的綠能經濟再推一把。

iLint 氫能火車。圖片來源:Alstom

為什麼火車也要發展氫能?

世界上大多交通工具以柴油驅動,其中柴油機車不像電力機車需倚靠其他的電力設備,如架空架或第三軌提供能源,常用於缺乏電氣化的鐵路區,能源使用效益也比蒸汽機車(蒸汽火車)高;但柴油驅動的交通工具往往有噪音及空氣污染等問題,與燃燒汽油相比,雖然更符經濟效益,但所排放的二氧化氮、臭氧、懸浮微粒、多環芳烴碳氫化合物(PAHs)等,也可能造成心悸、肺部及呼吸道疾病,甚至致癌等問題,如面對法國巴黎的空氣污染危機,現任市長安妮(Anne Hidalgo)曾發下豪語:「我想在2020 年前將柴油車趕出巴黎。」企圖將巴黎打造成僅有行人及低污染交通工具運行的城市。

氫能作為眾多能源替代方案之一,而它與生質能混合燃料電池也早已運用在汽車、貨運列車等交通工具上。氫燃料與周圍環境中的氧相混合燃燒,產生電流後轉化為動能,故無須如現行火車運輸般大費周章建置周邊設施,唯一排放物只有「水」,也無噪音問題,成功實現「零污染」的終極目標。

燃料電池車內部零件配置。圖片來源:Welleman, CC0

但氫能發展常碰到「先有蛋,還是先有雞」的問題,需有大量使用才能應付成本,因此令許多產業卻步,其中儲存技術及生產方式為最主要的瓶頸。

氫氣因為密度低,往往需要加壓成液體,並儲存於低溫瓶中作為燃料使用,且許多設計須以鉑作為催化劑,使得儲存與運輸成本極高。而改用直接生產的方式能跳過儲存及運輸階段,卻又得面臨從傳統燃料如甲烷、乙醇、汽油等提煉氫氣,好像沒有真的環保到哪裡去。

身為大眾長程交通建設的「氫鐵」,就在這樣的背景下應運而生,即便火車在能源消耗上比例並不高,但藉由大眾運輸帶動相關產業發展,或許是個帶動能源發展的不二法門。而2016 年9 月,中國地質大學可持續能源實驗室的程寒松教授在「千人計畫」中,更首創「常溫常壓儲氫技術」,這種技術透過一種化學吸收劑,將液態氫吸收、混和其中,之後再用催化劑還原釋放,程寒松的團隊已用此技術打造出一台常溫常壓氫能公車「泰歌號」,預期明年上半就會投入試營運,或許將為氫經濟的未來另闢江山。

參考資料:

(本文由 PanX 授權轉載)

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