【科技．未来】首架火车德国启程 车厂携手研发 氢燃料电池再临
近年Tesla几乎成为电动车的代名词，直到近日才被奥迪（Audi）推出的电动车e-tron抢去风头，暗示传统车厂正式赶上新时代步伐。正当这场纯电动车（BEV）研发竞赛如火如荼，丰田（Toyota）、现代（Hyundai）为首的一些车厂仍未放弃燃料电池汽车（FCEV）。同时，全球首架氢燃料电动火车上周在德国投入服务。沉寂多年的氢燃料电池，是否有望成为未来交通的重要一员？
在德国的不莱梅港（Bremerhaven）、库克斯港（Cuxhaven）等北部城镇之间一段约100公里的铁路，本来依靠柴油火车连接，但上周一（9月17日）却被一列崭新的蓝色列车取代——由法国公司阿尔斯通（Alstom）生产的全球首架氢燃料电池（Hydrogen Fuel Cell）火车Coradia iLint于当地正式投入服务，其最高时速可达140公里。阿尔斯通透露，将于2021年或以前陆续在德国下萨克森邦（Lower Saxony）再推出14架氢燃料电池火车。他们还声称德国其他邦，以及英国、荷兰、丹麦、挪威、意大利及加拿大等国家都感兴趣。法国政府更表明，希望在2022年推出首架氢燃料火车。
零排放应对污染暖化
现时欧洲仍有大量柴油火车，例如德国仍有四成铁路网络未电动化。世界卫生组织（WHO）指出，空气污染的主要源头之一是交通，而且交通产生的排放量与引致死亡、呼吸道和心血管疾病有直接关系。据政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC）统计，交通产生的温室气体占全球排放量14%，其中超过95%都是由燃烧汽油和柴油而来。
若要达到2015年《巴黎协定》提出，控制全球平均升温低于摄氏2度，甚至长远目标为平均升温在摄氏1.5度以内，应减少交通产生的排放量。
Coradia iLint所使用的氢燃料电池以空气和氢气为原料发电，过程只会产生水分，不像柴油、汽油般燃烧时排放大量空气污染物和温室气体，多余的电能则会储存于车上的锂离子（Lithium-ion）电池备用。
阿尔斯通德国分部主管Jorg Nikutta指出，一架柴油火车需要1.2百万瓦（MW）能量，Coradia iLint则只需一半；后者较柴油火车减少45%至100%碳排放，具体情况视乎氢气来源稍有不同。
除了追求火车减排之外，荷兰、挪威、德国、英国及法国等欧洲国家亦将先后于2025至2040年间禁售燃油车，此举不但令零排放的电动车崛起，亦让氢燃料电动车成为未来环保汽车的选择之一。
氢是宇宙中最丰富及最轻的元素，不像锂离子电池笨重，又不需用到愈趋稀少的锂和钴（cobalt），故一直被视为减排的其中一个终极答案。然而，现时氢气主要从化石燃料如石油、天然气中提炼，故氢燃料汽车是否算得上零排放，仍存疑问。科学家和业界人士正研究从生物燃料、污水污泥、再生能源电解水中，利用更洁净的方式提炼氢气。位于英国威尔斯的史云斯大学（Swansea University）的团队近日研究从处理塑胶废料的过程中抽取氢气。
早在1839年，威尔斯物理学家兼法官William Grove发明了燃料电池。但要到1966年，第一架使用氢燃料电池的汽车才出现，当时通用汽车（General Motors，简称GM）希望建造一款“未来汽车”，于是推出一辆重7,100磅、只能坐两人、在30秒内可加速到60英里的新款汽车Electrovan。然而，在Electrovan诞生后近50年间，不论是投放了超过25亿美元（约195亿港元）在燃料电池上的GM，又或丰田及其他车厂，都未能令氢燃料汽车普及。
昂贵不便乏人问津
丰田在四年前发布的氢燃料电池车“未来”（Mirai）已是一众氢燃料电池车中卖得最好的一架。即使如此，售价5.9万美元（约46万港元）的Mirai至今在日本、美国加州及部分欧洲国家仅售出约6,700辆。现代汽车厂的销情更惨淡，Tucson/ix35及NEXO等氢燃料电池车合共只售出1,100多辆。相比下，纯电动车Tesla光是每月平均销量已达约一万辆。
氢能发展多年来停滞不前，源于一个“贵”字。对于买车人士而言，现时的氢燃料电池车是“麻烦”的代名词。单就充电方面比较，燃料电池车的加气站，远不如电动车充电网络般稠密，电动车即使续航力稍逊，驾驶者亦较容易找到充电点。最主要原因是氢燃料补给站需要使用昂贵的加压气缸，加上要用货车运送燃料，光是安装费用就达100万英镑（约1,000万港元）。以韩国为例，该国现时每个充气站的成本高达30亿韩圜（约2,140万港元）。相较之下，建造电动车的充电站简单方便得多，难怪现时全球的氢燃料补给站数目极少。据欧洲替代燃料观察（European Alternative Fuels Observatory，简称EAFO）统计，现时整个欧洲只有约80个氢燃料补给站，而电动车充电站则有约15万个。
此外，氢气的安全问题亦令不少人担心，1937年就曾发生兴登堡号（Hindenburg）氢气飞船爆炸空难。负责管理荷兰皇家蚬壳（Royal Dutch Shell）在德国的氢燃料加气站的Thomas Bystry表示，人们对于氢气有太多误解，并指氢气不会比汽油更危险。
现时生产商为确保氢气安全，往往牺牲了生产速度。生产氢气缸和电池几乎不容许出现任何错误，每组氮气缸都需要氦气来测试引到电池的微细管道有否泄漏。丰田Mirai氢气缸的厚壁由碳纤维强化热塑性塑胶（CFRP）制成，以加强防撞功能，而且碰撞或损毁时会关闭气阀。
生产过程中，工人会使用蓝芽扭力扳手（torque wrench），把数据传送到电脑监测，确保每颗螺丝都安装妥当，感应器更会检测有否气体泄漏情况。丰田生产Mirai的元町工厂经理Akifumi Karasawa表示：“氢气不太可能着火。”他解释，美国的测试员需要用枪射击氢气缸，氢气会飘散到大气之中，而不会像汽油般流到地上。
Mirai的生产过程复杂，每架氢气燃料电池车需时四天组装，是一般汽车的两倍时间，因此售价亦较昂贵。近年，业界投放大量资金于锂离子电池技术，故纯电动车的价格下降，例如一辆Tesla Model 3售价约3.5万美元（约27万港元），但现代的氢能燃料电池车ix35则售约6.5万欧元（约60万港元）。Mirai首席工程师田中良和说：“我想做两件事：确立氢燃料电动车的技术，以及提升生产能力……我们必须把生产能力扩大十倍。
这些支持氢能的企业互相合作，尝试降低生产成本。今年6月，现代宣布与奥迪合作，共同发展氢燃料电池车，并共享专利技术。现代汽车燃料电池部门主管Kim Sae-hoon指出，希望与奥迪的合作能增加政策制订者对氢能的兴趣，引起广泛注意，以及增加对基础建设的投资。奥迪技术开发部的Peter Mertens说：“为了令这项可持续的科技有所突破，合作是比较聪明的方法。”
Tesla创办人马斯克（Elon Musk）数年前曾指出，氢燃料电动车是“极度愚蠢”的想法：“很难在汽车储存和使用氢能。如果用太阳能板，充完电就可以直接使用。从水分子拆开氢气和氧气，还要加压，效率可能只有一半……氢气素来被视为未来能源，而它将永远处于未来。”
长途运输更显优势
但是，支持氢燃料电池的业者仍坚持，续航距离和充电（气）时间是此项技术的一大优势。氢燃料电池车入气就如汽车入油，只需三至五分钟，一般可行驶约500、600公里，入满整列Coradia iLint氢能火车亦只需15分钟。但一般纯电动车充电时间动辄数小时，即使使用快速充电装置，例如行驶最多400公里的奥迪 e-tron，以150千瓦（kW）充电仍需要30分钟，才可充满八成电量。
当然，这种续航力已足够纯电动私家车日常使用，而且电动车的车主通常会在晚间充电日间使用。但车主需要长途驾驶的话，便显得不够。现代汽车商业车辆总监Mark Freymueller便指出，在长途驾驶方面，氢能货车比纯电动车更有优势，因为电动车厚重的电池会令载货量减少，而且充电时间更长。因此，比起私家车，氢燃料电池车更适用于长途运输如货车或火车。
现代在上周三宣布与瑞士氢能商H2 Energy合作，将于2019年底推出全球首辆商用氢能货车，并且预计生产1,000辆，比Tesla和戴姆勒（Daimler AG）分别预计于2020和2021年推出纯电动货车还早。丰田则在6月与7-Eleven达成合作协议，明年起以燃料电池冷柜货车送货。
正因为潜力无限，即使现时氢能的发展未如理想，一些环保机构及汽车业者仍对前景乐观。欧洲气候基金会（European Climate Foundation，简称ECF）预期，虽然氢能车的汽车销售市场份额预料在2030年仍停留于不足2%，但到2035年及2050年可望分别达到10%和26%。
正因为潜力无限，即使现时氢能的发展未如理想，一些环保机构及汽车业者仍对前景乐观。欧洲气候基金会（European Climate Foundation，简称ECF）预期，虽然氢能车的汽车销售市场份额预料在2030年仍停留于不足2%，但到2035年及2050年可望分别达到10%和26%。
国际氢能委员会（Hydrogen Council）则预计2030年将会是转捩点，届时会有150万架自动驾驶的士及360万架货车，以及其他诸如自动驾驶巴士、飞天的士等靠氢能推动，加上为数据中心提供后备能源等，估计需要640万组燃料电池。
该委员会又预计在2050年，全球有18%能源将由氢能供应，料有助达到《巴黎协定》控制全球升温低于摄氏2度的目标。
会计事务所毕马威（KPMG）本年初访问了1,000名汽车业高级管理人员，逾七成人亦看好氢能车。
不过，光靠车厂的努力还不足以成事，请见另文《【科技．未来】氢燃料渐成国策 多元能源为未来趋势》。
上文节录自第130期《香港01》周报（2018年9月24日）《续航力和充电时间占优势 氢燃料电池车再临？》