【科技．未來】首架火車德國啟程 車廠攜手研發 氫燃料電池再臨
近年Tesla幾乎成為電動車的代名詞，直到近日才被奧迪（Audi）推出的電動車e-tron搶去風頭，暗示傳統車廠正式趕上新時代步伐。正當這場純電動車（BEV）研發競賽如火如荼，豐田（Toyota）、現代（Hyundai）為首的一些車廠仍未放棄燃料電池汽車（FCEV）。同時，全球首架氫燃料電動火車上周在德國投入服務。沉寂多年的氫燃料電池，是否有望成為未來交通的重要一員？
在德國的不萊梅港（Bremerhaven）、庫克斯港（Cuxhaven）等北部城鎮之間一段約100公里的鐵路，本來依靠柴油火車連接，但上周一（9月17日）卻被一列嶄新的藍色列車取代——由法國公司阿爾斯通（Alstom）生產的全球首架氫燃料電池（Hydrogen Fuel Cell）火車Coradia iLint於當地正式投入服務，其最高時速可達140公里。阿爾斯通透露，將於2021年或以前陸續在德國下薩克森邦（Lower Saxony）再推出14架氫燃料電池火車。他們還聲稱德國其他邦，以及英國、荷蘭、丹麥、挪威、意大利及加拿大等國家都感興趣。法國政府更表明，希望在2022年推出首架氫燃料火車。
零排放應對污染暖化
現時歐洲仍有大量柴油火車，例如德國仍有四成鐵路網絡未電動化。世界衞生組織（WHO）指出，空氣污染的主要源頭之一是交通，而且交通產生的排放量與引致死亡、呼吸道和心血管疾病有直接關係。據政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC）統計，交通產生的溫室氣體佔全球排放量14%，其中超過95%都是由燃燒汽油和柴油而來。
若要達到2015年《巴黎協定》提出，控制全球平均升溫低於攝氏2度，甚至長遠目標為平均升溫在攝氏1.5度以內，應減少交通產生的排放量。
Coradia iLint所使用的氫燃料電池以空氣和氫氣為原料發電，過程只會產生水分，不像柴油、汽油般燃燒時排放大量空氣污染物和溫室氣體，多餘的電能則會儲存於車上的鋰離子（Lithium-ion）電池備用。
阿爾斯通德國分部主管Jorg Nikutta指出，一架柴油火車需要1.2百萬瓦（MW）能量，Coradia iLint則只需一半；後者較柴油火車減少45%至100%碳排放，具體情況視乎氫氣來源稍有不同。
除了追求火車減排之外，荷蘭、挪威、德國、英國及法國等歐洲國家亦將先後於2025至2040年間禁售燃油車，此舉不但令零排放的電動車崛起，亦讓氫燃料電動車成為未來環保汽車的選擇之一。
氫是宇宙中最豐富及最輕的元素，不像鋰離子電池笨重，又不需用到愈趨稀少的鋰和鈷（cobalt），故一直被視為減排的其中一個終極答案。然而，現時氫氣主要從化石燃料如石油、天然氣中提煉，故氫燃料汽車是否算得上零排放，仍存疑問。科學家和業界人士正研究從生物燃料、污水污泥、再生能源電解水中，利用更潔淨的方式提煉氫氣。位於英國威爾斯的史雲斯大學（Swansea University）的團隊近日研究從處理塑膠廢料的過程中抽取氫氣。
早在1839年，威爾斯物理學家兼法官William Grove發明了燃料電池。但要到1966年，第一架使用氫燃料電池的汽車才出現，當時通用汽車（General Motors，簡稱GM）希望建造一款「未來汽車」，於是推出一輛重7,100磅、只能坐兩人、在30秒內可加速到60英里的新款汽車Electrovan。然而，在Electrovan誕生後近50年間，不論是投放了超過25億美元（約195億港元）在燃料電池上的GM，又或豐田及其他車廠，都未能令氫燃料汽車普及。
昂貴不便乏人問津
豐田在四年前發布的氫燃料電池車「未來」（Mirai）已是一眾氫燃料電池車中賣得最好的一架。即使如此，售價5.9萬美元（約46萬港元）的Mirai至今在日本、美國加州及部分歐洲國家僅售出約6,700輛。現代汽車廠的銷情更慘淡，Tucson/ix35及NEXO等氫燃料電池車合共只售出1,100多輛。相比下，純電動車Tesla光是每月平均銷量已達約一萬輛。
氫能發展多年來停滯不前，源於一個「貴」字。對於買車人士而言，現時的氫燃料電池車是「麻煩」的代名詞。單就充電方面比較，燃料電池車的加氣站，遠不如電動車充電網絡般稠密，電動車即使續航力稍遜，駕駛者亦較容易找到充電點。最主要原因是氫燃料補給站需要使用昂貴的加壓氣缸，加上要用貨車運送燃料，光是安裝費用就達100萬英鎊（約1,000萬港元）。以韓國為例，該國現時每個充氣站的成本高達30億韓圜（約2,140萬港元）。相較之下，建造電動車的充電站簡單方便得多，難怪現時全球的氫燃料補給站數目極少。據歐洲替代燃料觀察（European Alternative Fuels Observatory，簡稱EAFO）統計，現時整個歐洲只有約80個氫燃料補給站，而電動車充電站則有約15萬個。
此外，氫氣的安全問題亦令不少人擔心，1937年就曾發生興登堡號（Hindenburg）氫氣飛船爆炸空難。負責管理荷蘭皇家蜆殼（Royal Dutch Shell）在德國的氫燃料加氣站的Thomas Bystry表示，人們對於氫氣有太多誤解，並指氫氣不會比汽油更危險。
現時生產商為確保氫氣安全，往往犧牲了生產速度。生產氫氣缸和電池幾乎不容許出現任何錯誤，每組氮氣缸都需要氦氣來測試引到電池的微細管道有否洩漏。豐田Mirai氫氣缸的厚壁由碳纖維強化熱塑性塑膠（CFRP）製成，以加強防撞功能，而且碰撞或損毀時會關閉氣閥。
生產過程中，工人會使用藍芽扭力扳手（torque wrench），把數據傳送到電腦監測，確保每顆螺絲都安裝妥當，感應器更會檢測有否氣體洩漏情況。豐田生產Mirai的元町工廠經理Akifumi Karasawa表示：「氫氣不太可能着火。」他解釋，美國的測試員需要用槍射擊氫氣缸，氫氣會飄散到大氣之中，而不會像汽油般流到地上。
Mirai的生產過程複雜，每架氫氣燃料電池車需時四天組裝，是一般汽車的兩倍時間，因此售價亦較昂貴。近年，業界投放大量資金於鋰離子電池技術，故純電動車的價格下降，例如一輛Tesla Model 3售價約3.5萬美元（約27萬港元），但現代的氫能燃料電池車ix35則售約6.5萬歐元（約60萬港元）。Mirai首席工程師田中良和說：「我想做兩件事：確立氫燃料電動車的技術，以及提升生產能力……我們必須把生產能力擴大十倍。
這些支持氫能的企業互相合作，嘗試降低生產成本。今年6月，現代宣布與奧迪合作，共同發展氫燃料電池車，並共享專利技術。現代汽車燃料電池部門主管Kim Sae-hoon指出，希望與奧迪的合作能增加政策制訂者對氫能的興趣，引起廣泛注意，以及增加對基礎建設的投資。奧迪技術開發部的Peter Mertens說：「為了令這項可持續的科技有所突破，合作是比較聰明的方法。」
Tesla創辦人馬斯克（Elon Musk）數年前曾指出，氫燃料電動車是「極度愚蠢」的想法：「很難在汽車儲存和使用氫能。如果用太陽能板，充完電就可以直接使用。從水分子拆開氫氣和氧氣，還要加壓，效率可能只有一半……氫氣素來被視為未來能源，而它將永遠處於未來。」
長途運輸更顯優勢
但是，支持氫燃料電池的業者仍堅持，續航距離和充電（氣）時間是此項技術的一大優勢。氫燃料電池車入氣就如汽車入油，只需三至五分鐘，一般可行駛約500、600公里，入滿整列Coradia iLint氫能火車亦只需15分鐘。但一般純電動車充電時間動輒數小時，即使使用快速充電裝置，例如行駛最多400公里的奧迪 e-tron，以150千瓦（kW）充電仍需要30分鐘，才可充滿八成電量。
當然，這種續航力已足夠純電動私家車日常使用，而且電動車的車主通常會在晚間充電日間使用。但車主需要長途駕駛的話，便顯得不夠。現代汽車商業車輛總監Mark Freymueller便指出，在長途駕駛方面，氫能貨車比純電動車更有優勢，因為電動車厚重的電池會令載貨量減少，而且充電時間更長。因此，比起私家車，氫燃料電池車更適用於長途運輸如貨車或火車。
現代在上周三宣布與瑞士氫能商H2 Energy合作，將於2019年底推出全球首輛商用氫能貨車，並且預計生產1,000輛，比Tesla和戴姆勒（Daimler AG）分別預計於2020和2021年推出純電動貨車還早。豐田則在6月與7-Eleven達成合作協議，明年起以燃料電池冷櫃貨車送貨。
正因為潛力無限，即使現時氫能的發展未如理想，一些環保機構及汽車業者仍對前景樂觀。歐洲氣候基金會（European Climate Foundation，簡稱ECF）預期，雖然氫能車的汽車銷售市場份額預料在2030年仍停留於不足2%，但到2035年及2050年可望分別達到10%和26%。
正因為潛力無限，即使現時氫能的發展未如理想，一些環保機構及汽車業者仍對前景樂觀。歐洲氣候基金會（European Climate Foundation，簡稱ECF）預期，雖然氫能車的汽車銷售市場份額預料在2030年仍停留於不足2%，但到2035年及2050年可望分別達到10%和26%。
國際氫能委員會（Hydrogen Council）則預計2030年將會是轉捩點，屆時會有150萬架自動駕駛的士及360萬架貨車，以及其他諸如自動駕駛巴士、飛天的士等靠氫能推動，加上為數據中心提供後備能源等，估計需要640萬組燃料電池。
該委員會又預計在2050年，全球有18%能源將由氫能供應，料有助達到《巴黎協定》控制全球升溫低於攝氏2度的目標。
會計事務所畢馬威（KPMG）本年初訪問了1,000名汽車業高級管理人員，逾七成人亦看好氫能車。
不過，光靠車廠的努力還不足以成事，請見另文《【科技．未來】氫燃料漸成國策 多元能源為未來趨勢》。
上文節錄自第130期《香港01》周報（2018年9月24日）《續航力和充電時間佔優勢 氫燃料電池車再臨？》