交通運輸減排與燃料電池應用

全球溫室氣體排放概況

                  為因應全球暖化對環境的衝擊以及有效地管理溫室氣體的排放,京都議定書曾具體地提出減量協議,並將二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、全氟化碳(PFCs)、氫氟碳化物(HFCs)以及六氟化硫(SF6)納入管制的溫室氣體範圍。根據IPCC在2014年的報告中指出全球溫室氣體的排放是以二氧化碳為最大宗(佔76%),超過四分之三,其次依序為甲烷(佔16%)及氧化亞氮(佔6%),由此可見,二氧化碳是溫室氣體排放的主要來源,而如何減少其排放則為刻不容緩的工作。

我國運輸部門二氧化碳排放

                  我國經濟部能源局長期以來即針對燃料燃燒的二氧化碳排放進行完整的統計,在民國104年7月所發表的報告中曾述及103年運輸部門的二氧化碳排放(含電力消費排放)為3573萬公噸,佔總排放之14.2%,僅次於工業部門(佔48.3%),而關於運輸部門則包括航空、公路、鐵路與水路等項,故此一資料顯示運輸部門的二氧化碳排放對環境有一定程度的影響,並也意味著將是未來減排工作亟需努力的方向。

質子交換膜燃料電池與節能減碳

                  燃料電池是將燃料的化學能轉換為電能的裝置,一般可分成低溫型、中溫型與高溫型,其中低溫型的質子交換膜燃料電池適合於車輛與住家使用,該型電池的溫度操作範圍約為30~100°C,功率輸出則在1W~100 kW。質子交換膜燃料電池是藉由氫氣的電化學反應來產生電能,從反應式中可知其產物為水和釋放熱,沒有溫室氣體的排放。此外,電池效率約50%,而一般內燃機引擎效率則約30%,故在尋求有效的節能減碳方法中,此型燃料電池實為一種運輸載具動力的發展選項。目前世界汽車大廠都積極致力於相關技術的研發,而汽車、巴士與輕軌車都有質子交換膜燃料電池的應用實例。

交通運輸減排估算成效

                  根據燃燒理論計算,每公升汽油約排放2.2公斤的二氧化碳,而每公升柴油約排放2.7公斤的二氧化碳。今如以1800 CC汽車與50 CC機車為例,假設一般使用狀況詳見下表,並考慮各有百分之一改為質子交換膜燃料電池作為動力,則汽機車二氧化碳合計的減排可達該年運輸部門總排放的0.64%,此一估算成效實屬明顯。目前國內已有多方進行開發及推廣相關汽機車之應用,咸信未來對二氧化碳的減排必能做出貢獻。

 

民國103年汽機車二氧化碳排放量估算分析表

種類

總數(輛)*

油箱

(公升)

耗油

(公升)

二氧化碳排放量

(萬公噸)**

佔總排放百分比

(%)***

汽車

7,554,319

50

40/二週

17.28

0.48

機車

13,735,960

4.5

3.6/每週

5.66

0.16

    *民國103年交通部機動車輛登記資料。**以當年汽機車總數的百分之一計算。

    ***民國103年運輸部門的二氧化碳排放(含電力消費排放)為3573萬公噸。

作者介紹

夏曉文 國立台北科技大學
國立台北科技大學能源與冷凍空調系兼任副教授 熱能與動力工程、熱交換器設計、質子交換膜燃料電池