氫經濟的明日之星：世界首輛長途氫能火車「氫鐵」在德國發車

2016 年 10 月 21 日

技術Ｘ解析

「氫能」作為有望取代石油經濟的明日之星，自第一次能源危機後，就被各國作為重點發展目標之一，如冰島自 1999 年就導入「氫經濟」，運用多餘電能製造氫氣，並打造使用壓縮氫氣的城市公車，期望在 2050 年完全脫離石化燃料；美國的 NREL 和 Xcel 兩家能源公司將科羅拉多州的風力發電與氫能結合，將氫氣儲存於燃料電池中；中國運用工業副產氫供給加氫車的能源需求，自 2006 年的北京加氫站開始，到 2016 年 9 月為止共有北京、上海、鄭州、深圳 4 座加氫站，預計 2016~2017 年將再新建 4~5 座加氫站，2020 年目標達 20 座。

世界首輛氫能火車登台

由上述例子可以發現 —— 氫能並無法從大自然中取得，須以其他發電方式生產氫氣，並常儲存於燃料電池內，搭載在交通工具或機具上使用。

講到交通工具，不得不提在運輸史上已有近兩百年歲月的老大哥 —— 火車，而在氫能燃料電池車已發展十幾年後，世界第一輛完全氫能客運列車 —— Coradia iLint 於 2016 年九月中旬的 InnoTrans 貿易展覽會中亮相，預定今年先於位在德國西北邊的下薩克森邦（Lower Saxony）進行測試，等到 2017 年的 12 月就會全面公開營運。

https://www.youtube.com/watch?v=O3bUE9uHkqM

Coradia iLint 介紹影片。

雖然2015 年中國就傳出世界首列氫能列車的消息，不過那台由南島青島四方股份公司研發的是「氫能有軌輕型列車」，最高時速為 70 公里，加滿一次氫氣可行駛 100 公里，適合在城市內作為大眾交通運輸工具。

而這輛小名叫「氫鐵」（hydrail）的火車，並不出自於工業大國的德國之手，而是由法國運輸公司 —— 阿爾斯通（Alstom）一手打造，是第一台真正完全使用氫能的長程交通工具。

「氫鐵」透過安裝於每節車頂上的氫氣燃料槽供給能量，由龐大的鋰電池組驅動列車，並能容納 300 名乘客。燃料槽每組重達 94 公斤，充飽之後足以供給「氫鐵」運行一整天所需的能源、或最遠可走上 800 公里（台灣鐵路繞一圈近 900 公里），並且最高時速能達到每小時 140 公里。

德國曾在 2016 年 5 月 8 日以再生能源達到 95% 的能源需求，擬定一個計畫，預計在 2050 年讓再生能源能達到 60 % 的能源年需求量，而據德國時報 Die Welt 報導，德國預計採購 14 輛「氫鐵」，若在下薩克森邦地營運效率佳，則會考慮繼續擴大到德國其他區域運行，期望能以「氫鐵」取代德國 4,000 輛柴油列車，無疑為德國的綠能經濟再推一把。

為什麼火車也要發展氫能？

世界上大多交通工具以柴油驅動，其中柴油機車不像電力機車需倚靠其他的電力設備，如架空架或第三軌提供能源，常用於缺乏電氣化的鐵路區，能源使用效益也比蒸汽機車（蒸汽火車）高；但柴油驅動的交通工具往往有噪音及空氣污染等問題，與燃燒汽油相比，雖然更符經濟效益，但所排放的二氧化氮、臭氧、懸浮微粒、多環芳烴碳氫化合物（PAHs）等，也可能造成心悸、肺部及呼吸道疾病，甚至致癌等問題，如面對法國巴黎的空氣污染危機，現任市長安妮（Anne Hidalgo）曾發下豪語：「我想在 2020 年前將柴油車趕出巴黎。」企圖將巴黎打造成僅有行人及低污染交通工具運行的城市。

氫能作為眾多能源替代方案之一，而它與生質能混合燃料電池也早已運用在汽車、貨運列車等交通工具上。氫燃料與周圍環境中的氧相混合燃燒，產生電流後轉化為動能，故無須如現行火車運輸般大費周章建置周邊設施，唯一排放物只有「水」，也無噪音問題，成功實現「零污染」的終極目標。

但氫能發展常碰到「先有蛋，還是先有雞」的問題，需有大量使用才能應付成本，因此令許多產業卻步，其中儲存技術及生產方式為最主要的瓶頸。

氫氣因為密度低，往往需要加壓成液體，並儲存於低溫瓶中作為燃料使用，且許多設計須以鉑作為催化劑，使得儲存與運輸成本極高。而改用直接生產的方式能跳過儲存及運輸階段，卻又得面臨從傳統燃料如甲烷、乙醇、汽油等提煉氫氣，好像沒有真的環保到哪裡去。

身為大眾長程交通建設的「氫鐵」，就在這樣的背景下應運而生，即便火車在能源消耗上比例並不高，但藉由大眾運輸帶動相關產業發展，或許是個帶動能源發展的不二法門。而 2016 年 9 月，中國地質大學可持續能源實驗室的程寒松教授在「千人計畫」中，更首創「常溫常壓儲氫技術」，這種技術透過一種化學吸收劑，將液態氫吸收、混和其中，之後再用催化劑還原釋放，程寒松的團隊已用此技術打造出一台常溫常壓氫能公車「泰歌號」，預期明年上半就會投入試營運，或許將為氫經濟的未來另闢江山。

參考資料：

iLint 氫能列車。圖片來源：Flikr/FelixM