減排其中一塊拼圖:氫燃料

A+A-
豐田的氫燃料電池半掛式卡車。 圖片來源:路透社

法國早前提高燃油稅,觸發「黃背心運動」,弄得一頭煙,環保政策與窮人生計或相抵觸。應對全球暖化,減少溫室排放猶如 21 世紀的「顯學」,需要科技、經濟、政治的相互配合。加強利用氫燃料,也許是減排的其中一塊拼圖。

全球每年交通運輸碳排放量達 95 億噸,當中 25 億噸由貨車產生。減少公路貨運排放有多種方法,例如鼓勵企業使用鐵路運輸,因鐵路碳排放量一般較低;使用乙醇等生物燃料能有效減少引擎的碳排放,因為生物燃料在大氣碳循環中,理論上不會額外增加溫室氣體。短程運輸中則可使用電動車,在既定路線上,充電相對方便和易於掌握。

但於長途路程上,電動車則有其難度:電池愈大愈重,就要犧牲載貨量;充電時間愈長,便愈佔用貨運時間。Tesla 的電動貨車預計 2019 年能夠上路,配備 4 個電池組以加速充電,專家估計,他們的動力系統將比 40 噸柴油貨車要重兩噸,這意味著它們的載貨能力或比不上柴油貨車。

氫燃料電池或能克服現時電動車的缺點。氫燃料電池的動力來自合成氫氣時所產生的電力,使用時只會排放水氣,行駛里程與加油時間與現時的燃油引擎不相伯仲。但要將氫動力發揚光大,就必須克服三個重大挑戰:氫氣的製造、使用和運輸。

氫氣甚少以元素形式存在於自然環境,天然氣和水就是常見的氫化合物。現於大約 95% 的工業氫來自化石燃料,常用的方法是「蒸氣重整(steam reforming)」,使用催化劑將氫氣與天然氣和蒸汽分離。這種方法在化學工業中廣泛使用,但缺點是產生大量二氧化碳,如果要於此減低排放,則需要嶄新的捕獲和儲存二氧化碳技術。

更潔淨的方法是使用零碳電力進行電解,將水解為氫氣和氧氣。過程耗電,每使用一個單位的能量,僅能產生 0.8 單位的氫。因此,電力成本至關重要,電價可能佔氫價格的 4 分之 3。但當可使用的再生能源愈來愈多,電力成本會因而下降,電解產生的氫氣的份額預計會相應增加。國際能源署指出,最近在智利和摩洛哥等拍賣的可再生能源電價,約為每兆瓦 30 美元。以此價格水平,可用每公斤 2 美元的成本生產氫,足以跟成本為每公斤約為 1 至 3 美元的傳統蒸汽重整競爭。

隨著電解技術更成熟,成本也會降低。據「經濟學人」報道,其中一種主要的電解技術 PEM,已變得愈來便宜,更靈活,對於不穩定的可再生能源,即使是間歇性供電也能運作,並且可以小規模使用,適用於加氫站。

美國初創公司 Nikola,業務正是生產氫動力貨車。今年 6 月,它與挪威公司 Nel 簽訂合同,Nel 為其提供 448 台鹼性電解槽,並為 Nikola 貨車提供加氣設備。這些設備的總容量達 1,000 兆瓦,是自該公司 1927 年以來在挪威生產所有電解槽的 1.5 倍,足見鹼性電解技術的規模也迅速擴張。

除了作為燃料的氫氣要降低生產成本,使用的成本也要降低。氫燃料電池到目前為止仍然太貴。美國能源部指,燃料電池在小型車輛使用成本,假如以最先進的技術和規模生產,目前為每千瓦 53 至 60 美元,但仍需要下降到每千瓦 40 美元左右,才能與燃油引擎競爭。而且燃料電池也要克服低溫環境,使之能夠在寒冷的天氣中良好運作,亦需要更多更普及的加氫站。

大規模製造氫氣需要完善的供應鏈。Nel 最近展示了其在丹麥組裝的加氫站,每台耗資約 100 萬歐元,對於發展中國家來說成本不菲。可再生能源充沛的地方,許多都相當偏遠,但氫很難通過管道輸送,如要以液體形式運輸,過程則需要極低溫和高壓的環境。

另一種可能的運輸方式是,通過哈伯法把氫氣轉化為氨(阿摩尼亞,NH3)。與直覺相反,同等體積的液態氨和液態氫,液態氨含有較多的氫。氨可以以液體形式運輸,但運輸後須再轉換回氫氣,過程則需要額外成本。澳洲的聯邦科學與工業研究組織(CSIRO),今年 8 月就展示了能從氨提取高純度氫氣的膜技術,可用於豐田和現代的氫電池車。

未來如要得到潔淨的氫氣,需要大量低成本的零碳電力,規模經濟是關鍵之一。推動技術進步和推廣應用,也許會比「徵環保稅」阻力要細一些。氫燃料或是減排其中一塊拼圖,但「拼圖」亦意味著少了一塊也不能成事。