康顧嚴、蔡英文、蔡麗端 / 工研院材化所
為了營造淨零碳排的遠大目標，各國政府對於車輛行駛時的排碳量限制日趨嚴格，燃油內燃機已無法滿足相關法規的規範，各大車廠陸續投入純電池車輛與氫能源車輛的研究開發。本文將介紹目前汽車產業面臨的排碳量議題以及氫能源車輛的發展現況。
【內文精選】
前言
依據國際能源署(International Energy Agency; IEA)的統計資料顯示，2020年由於COVID-19的影響，全球與能源相關(電力、熱力和運輸)的CO2排放量為31.5Gt，較前兩年大幅下降2 Gt左右，此下降幅度是自二次世界大戰以來最大的年度下降百分比，這些CO2排放量中18%為車輛所排出，其中乘用車輛所排出的CO2為3.9 Gt、貨運車輛排出之CO2為1.8 Gt。為了朝淨零排放的遠景邁進，降低車輛排碳量將是各國政府未來幾年的施政重點項目。
汽車排碳量
截至2021年4月，全球已有多達70個國家或城市地區宣布2050年前要達到新車零排放的目標，也就是轉型為電動車輛(純電池電動車(Battery Electric Vehicle; BEV)、燃料電池車(Fuel Cell Vehicle; FCV))。2020年受到COVID-19及晶片短缺的雙重影響，全球汽車銷售量降為7,680萬輛，與2016至2019年皆超過9,000萬輛的銷售數量相較，2020年已下降至2011年、2012年的銷售水平。雖然新車市場略顯疲態，但是在多國政府的電動車相關政策推動下，純電池電動車、插電式混合動力車的銷售量依然大幅上升，2020年全球增加了大約300萬輛電動車銷售量(如圖一所示)。
圖一、2010~2020年全球電動車數量
與傳統內燃機車輛相較，純電池電動車因成本較高以及充電樁設施普及率的考量因素，其銷售數量與當地政府政策的支持有極大關係。以歐盟為例，2021年新登記乘用車輛的CO2排放量需低於95 g/km，否則每輛車平均每超標1 g將被處以95歐元的罰鍰，這相當於每公升汽油必須行駛24.4公里以上，以現今車輛的油耗水準來衡量，意味著若新車只開發內燃機車款，車廠將難以避免面臨巨額罰款。
台灣方面，經濟部能源局自2022年1月1日起實施新的「整體新車油耗管制標準」(Corporate Average Fuel Economy Standards; CAFE Standards)，內容規定小客車、商用車及機車之整體新車油耗管制目標將從14.5、11.4及41.9 km/L，大幅提升為20、13.7及46.1 km/L，提升幅度達到38%、20%及10%，可預見許多車廠將陸續引入油電混合車、插電式油電混合車與純電池電動車，以降低車廠平均CO2排放量。
氫燃料內燃機車輛(HICEV)
車輛要達成行駛零碳排的目標，除了使用二次電池之外，氫氣燃料是另一種備受期待的選擇。氫氣燃料應用於移動載具有兩種方式，一種是使用內燃機動力，另一種則是使用燃料電池技術。BMW曾經在2005~2007年期間，生產過100輛Hydrogen 7(如圖三所示)證明氫能源技術使用於車輛的可行性，該車搭載排氣量6公升的V型12缸內燃機，具有74公升的汽油油箱以及約8公斤的液態氫儲槽，因氫氣充填設施不夠普及，內燃機設計為可使用汽油與氫氣兩種燃料，駕駛者可在駕駛座自行選擇切換，使用汽油燃料可以在巡航條件下行駛480公里，若使用氫氣燃料則能行駛200公里左右。
與排氣量高達6公升的V12汽油內燃機相較，使用氫氣燃料時的CO2排放量從332 g/km大幅下降至5 g/km，雖然氫氣燃料的燃燒反應並不會產生CO2，但由於汽缸壁上存在潤滑機油，以及曲軸箱通風裝置引導油氣至內燃機進氣端燃燒的緣故，仍會有極微量CO2產生，但已經減少98.5%的排放量。
圖三、BMW Hydrogen 7
燃料電池車輛
受到加氫站設置地點過少的影響，燃料電池車目前仍無法在世界各國廣泛銷售，縱使在有銷售燃料電池車的國家，也僅限於有加氫站的少數城市販售，所以近幾年來燃料電池乘用車的銷售數量雖有上升，但每年銷售量仍在萬輛以下，截至2020年止，全球累積銷售34,804輛燃料電池車，其中25,932為乘用車。自2018年起隨著Hyundai NEXO的上市，韓國燃料電池乘用車的銷售量逐漸增加，2019年、2020年全球超過50%的燃料電池車皆銷售於韓國，累積數量已超越較早販售的日本與美國---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》423期，更多資料請見下方附檔。