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標 題: 新能源 新希望！氫氣經濟時代即將來臨？
發信站: 靜宜計中BBS站 (Fri Feb 22 17:53:45 2002)
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燃料電池-Fuel Cell這個東西，大家都聽了好一陣子了，到底什麼時候才會看到使用燃料
電池的車子滿街跑呢？Well，根據美國通用汽車﹙General Motors﹚公司的說法，大概再
過個十年左右，就會有燃料電池汽車量產上市。
為什麼燃料電池已經有這麼久的發展歷史，但卻不能全面取代內燃機引擎、成為汽車的主
要動力來源呢？原因就在於讓燃料電池作動所需要的燃料：氫氣，它的分子量太小、體積
太龐大，而且又具有可燃性，這三項特質加在一起，就造成氫氣的儲存非常困難，如果要
讓以氫氣為燃料的車子
，能具有現今內燃機引擎汽車一模一樣的效率和巡航里程，那麼這樣一部氫氣車的油箱﹙
儲氣箱﹚就必須是一個高壓儲槽，而且壓力要高達7000psi﹙也就是每平方英吋要能承受7
000磅的壓力！﹚才能儲存足夠的液態氫，可是大家都知道，高壓儲槽不但造價高昂，而且運用在機動車輛上時�
A還得要考慮萬一發生撞擊時的安全，除此之外，要將常溫常壓下是氣體狀態的氫氣〝液化
〞，所需要消耗的能量也很多，算起來恐怕得不償失，沒什麼可能光只為了環保的理由，
就可以說服一般消費者去犧牲現有內燃機引擎的便利性。
所以，簡單的總結一下，燃料電池要推展開來的困難有三個：氫氣的來源、氫氣的儲存、
以及燃料電池本身的造價。既然了解燃料電池前景還是困難重重，為什麼「通用汽車」還
會認定︰未來的人類世界將是〝氫氣經濟〞的時代呢？
話說從頭，仔細回顧人類的文明發展史，文明的開端，可以說是從懂得火的運用開始的，
而在燃料的使用上，從木材到煤、再到石油，只要留心一下，我們就不難發現有個很有趣
的演進路徑，那就是隨著文明演進所使用的燃料，其含碳量是逐漸在減少的；因此，如果
演進的方向不變，那麼
，完全不含碳的氫氣，就會成為完美的終極選擇！為什麼？因為氫氣經過燃燒之後，只會
產生水蒸氣、完全沒有內燃機引擎廢氣裡所含的的碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物等有
害廢氣的產生，更何況目前推動全人類經濟文明的化石燃料﹙Fossil
Fuel﹚並不是取之不盡、用之不竭的。所以，為了人類文明的未來，的確是有必要儘早尋
求化石能源以外的替代能源，而燃料電池就在無污染、無公害、基本上來源無虞匱乏的前
題下出線了，這，就是〝氫氣經濟〞的緣起。
O.K.，如果一切都這麼美好，為什麼〝氫氣經濟〞還不趕快開始呢？道理很簡單，如同前
述，目前還卡在幾個地方，其中最為關鍵之處，就是作為燃料的氫氣來源！在確認以目前
的科技水平來說，電解水在經濟效益上還不切實際的前提下，科學家只能退而求其次、將
現有的化石燃料以除碳
﹙De-carbonize﹚方式，利用裂解﹙Cracking﹚的方式、把原屬碳氫化合物﹙Hydrocarbo
n﹚的碳原子和氫原子分開、以得到所需要的氫氣。
從理論上來說，既然是要除碳，那麼挑選含碳量最少的碳氫化合物會是最理想的途徑，這
也是為什麼在燃料電池的研發之初，許多汽車公司均選擇以甲醇﹙CH4﹚、也就是一般俗稱
的「工業酒精」來作為基礎進料，因為甲醇只有一個碳，比較容易去除。但全世界最大的
汽車公司：美國「通用汽車」卻採取另一種途徑，他們捨甲醇而就汽油，這種方法的好處
是：現有石油煉製花了
一百多年所建立起來的基礎建設得以繼續利用，已經四處林立的加油站可以繼續正常營業
，不必花費鉅資重新設立公共安全比較可慮的氫氣加氣站，而汽車駕駛人也無需改變消費
習慣，只需和往常一樣、駛入一般的加油站加油即可，真正的變化，都靠這些科學家的努
力，實際上都已經發生在引擎蓋底下和煉油廠裡了！
目前這套方式，在汽車工業界一般均稱之為「重組」﹙Reforming﹚，但這種說法其實有些
誤導，在化學上，「重組」的定義是改變化學結構式，分子式並沒有改變，也就是說，經
過重組製程後的產品，它和進料﹙Feed
Stock﹚所含的碳原子或氫原子數目是不變的，只是結構改變了而已。可是在燃料電池的這
一套重組上，意義其實應該是「裂解」﹙Cracking﹚，因為目的是要把氫原子和碳原子拆
開，並不只是要重新組合它們的結構！汽車業界之所以捨〝裂解〞字眼而就〝重組〞的背
景原因，乃是為了避免〝裂解〞這樣看起來比較嚴重的用詞嚇到消費者，因為裂解製程通
常涉及高溫和高壓，因此汽車工業界為了市場行銷的考量，改而從「氫氣重組」的意義上
來命名。
未來的燃料電池汽車，簡單講，就是把煉油廠〝微型化〞，引擎蓋底下其實就是一個小型
的煉油廠，透過「氫氣重組」製程，把加進油箱裡的汽油，經由觸媒裂解﹙Catalytic Cr
acking﹚，將氫原子和碳原子拆開，得到氫氣以後，直接送入燃料電池，和空氣中的氧氣
在燃料電池組﹙Fuel
Stack﹚裡結合而發出電能，至於拆解開來的碳原子，也和氧氣結合，變成無害人體健康的
二氧化碳、進而排入大氣裡。
汽油所含的碳原子雖然較多，但所含的氫原子也相對較多，只要製程有辦法處理，汽油比
起甲醇會有不少好處，好處之一是現行的煉油設備、製程、與行銷管道均可繼續利用，好
處之二是不必尋求廣大的農業用地種植穀物以發酵來生產甲醇，避免了多一道的燃料產製
程序，好處之三，是部
分的燃料前處理可以交給煉油廠處理，像是重組氫氣時，貴金屬觸媒特別怕的硫﹙Sulfur
﹚成分，就交給煉油廠以加氫脫硫﹙Hydro-DeSufurization﹚製程除硫，同時，用來給燃
料電池用的汽油，其配方也將不同於傳統的汽油，這些摻配工作，也將由煉油廠來擔綱。
看來萬事具備啦，怎麼Fuel Cell燃料電池還不趕快上線︰啟動新的「氫氣經濟時代」呢？
關鍵有好幾個，其一，燃料電池組﹙Fuel Cell
Stack﹚是由200~640片燃料電池薄膜所組成，只要有一片薄膜出狀況，整個燃料電池組就
會斷電，因此確保電池組的可靠度仍需密集測試，特別是應用在行車震動劇烈的機動車輛
上。其次，每片薄膜都需要用到貴金屬﹙白金，也可能含銠和其他至今密而不宣的貴金屬
﹚，而將汽油重組為氫
氣的前段過程也需要用到含貴金屬之觸媒，因此，目前的技術對貴金屬仰賴程度相當高，
硬體設施的造價也就低不下來，如何減少貴金屬的用量、降低成本，仍是研發重點。第三
，目前燃料電池汽車在低溫環境﹙攝氏零下20度﹚下的冷啟動仍需約30秒左右，如何縮短
冷啟動所需的時間也是
關鍵。第四，燃料電池的特色是電流高而電壓低，可是電動車所使用的馬達，卻是需要高
電壓和低電流，高電流會導致馬達過熱，如何有效升壓、不浪費電流、不使馬達過熱、提
昇燃料電池汽車的可駕度﹙Driveability﹚，也是研發重點。最後，是政府單位的介入，
目前燃料電池的研發可
說是八仙過海、各顯神通，家家壓箱底的關鍵技術都是保密的，未來在法規和技術規範的
制定上，必然得靠各國政府出來整合，才有可能統一，業者也才有法可以依循。
從目前GM的研究看來，燃料電池將首先運用在〝固定式〞的能源供應上，許多已有天然氣
管線的地區，都可接上GM已經研發得相當成熟的燃料電池組，它的大小就差不多等於一台
家用電冰箱，只要接上天然氣管線，立刻就可以發電，因此像是偏遠地區的行動電話基地
台所需要的電力供應，
就可以由燃料電池來擔綱；依照GM的估計，這一類固定式的燃料電池運用，大概從2005年
即可開始正式商業運轉，而燃料電池汽車的量產，則將在2010年左右開始，新的「氫氣經
濟時代」即有希望，將在未來10年內正式展開！
汽車生活 ﹝ 2002-02-22 ﹞
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