水燃料汽车与空气动力汽车之

水 燃 料 汽 車 與 空 氣 動 力 汽 車 之二 氧 化 碳 排 放 量 與 成 本 評 估 研 究心 得 報 告 化 工 技 術 生 質 資 源 與 能 源 專 輯 第 208期文 /廖 坤 祈 、 張 銘 峰 、 戴 嘉 佑 、 蔡 宗 翰 、 陳 家 豪報 告 者 : 碩 研 機 械 一 甲 紀 偉 民執 導 老 師 : 陳 榮 洪 教 授 大 綱 前 言 使 用 能 源 原 理 公 式 二 氧 化 碳 比 較 結 論 參 考 文 獻 前 言 地 球 上 有 限 的 能 源 ， 在 人 類 過 度 消 耗 下 ， 有 漸 漸 枯 竭 的 危 機 ， 在西 元 19821990幾 年 期 間 ， 世 界 能 源 需 求 量 年 平 均 成 長 率 高 達 2.6%。 西 元 2002年 消 耗 量 約 94.05噸 石 油 當 量 ， Exxon Mobil Corp. 2007/11/05 發 佈 了 至 2030年 的 行 業 發 展 預 測 報 告 ， 報 告 中 稱 ， 世 界能 源 需 求 量 將 以 平 均 1.3%的 水 準 遞 增 ， 2030年 的 能 源 需 求 將 是 今 日 的 3倍 ， 相 當 於 每 天 消 耗 3.25萬 桶 石 油 。 由 於 化 石 燃 料 燃 燒 會 產 生 大 量 二 氧 化 碳 ， 造 成 地 球 表 溫 上 升 ， 危害 環 境 破 壞 。 為 解 決 日 益 嚴 重 地 球 暖 化 問 題 ， 減 少 二 氧 化 碳 排 放 量 、 尋 找 石 化 燃 料 替 代 能 源 是 當 前 國 際 社 會 共 同 努 力 的 目 標 。 使 用 能 源水 燃 料 : 是 使 用 水 當 作 燃 料 ， 主 要 是 電 解 水 而 產 生 氫 氣 再 使 用 所 產 生 的 氫氣 替 代 汽 油 或 柴 油 ， 雖 然 在 運 行 中 似 乎 無 排 放 汙 染 物 ， 但 實 際 上 電 解水 需 要 的 電 力 是 由 發 電 機 提 供 ， 所 以 我 們 要 知 道 電 解 之 發 電 過 程 所 排放 的 二 氧 化 碳 當 量 比 較 燃 燒 化 石 燃 料 所 排 放 的 二 氧 化 碳 當 量 ， 是 否 真正 符 合 環 保 之 使 命 。空 氣 動 力 : 是 以 壓 縮 空 氣 做 為 動 力 來 源 ， 其 在 運 作 過 程 並 沒 有 產 生 汙 染 性 的物 質 ， 但 是 實 際 上 所 使 用 的 空 氣 動 力 ， 是 需 要 壓 縮 過 的 ， 其 壓 縮 的 機器 所 需 的 能 源 是 由 電 力 而 來 ， 需 要 的 電 力 是 由 發 電 機 提 供 ， 所 以 我 們必 須 比 較 壓 縮 空 氣 之 發 電 過 程 所 排 放 的 二 氧 化 碳 當 量 比 較 燃 燒 化 石 燃 料 所 排 放 的 二 氧 化 碳 當 量 。 原 理水 燃 料 汽 車 : 主 要 利 用 電 池 提 供 的 電 力 ， 將 儲 水 裝 置 裡 的 水 電 解 後 ， 將 產 生 的氫 氧 氣 儲 存 ， 使 用 時 再 將 氫 氧 氣 導 入 引 擎 ， 藉 由 氫 氧 氣 燃 燒 產 生 動 力來 推 動 引 擎 ， 如 下 圖 所 示 ， 燃 燒 後 產 物 僅 有 水 ， 故 車 輛 行 走 不 會 排 放二 氧 化 碳 。 水 燃 料 汽 車 運 作 原 理 空 氣 動 力 汽 車 : 是 將 車 子 設 置 壓 縮 空 氣 缸 ， 再 將 空 氣 緩 慢 的 釋 放 出 來 ， 藉 由 釋 放空 氣 時 膨 脹 所 產 生 的 壓 力 ， 來 推 動 汽 缸 裡 的 活 塞 做 功 ， 如 下 圖 所 示 ，完 全 不 靠 燃 燒 ， 故 車 輛 在 行 駛 過 程 中 不 會 排 放 任 何 有 汙 染 的 氣 體 。 空 氣 動 力 汽 車 運 作 原 理 公 式電 解 水 反 應 :陽 極 反 應 2HO H2O+2e陰 極 反 應 2H2+2e H2+2OH 總 反 應 H2O H2+1/2O2 Hrxn 286kJ氫 氣 密 度 0.0838kg/m 3每 立 方 公 尺 氫 氣 有 0.0838公 斤 ， 一 莫 耳 0.002kg0.0838/0.002 41.9莫 耳一 公 升 氫 所 需 功 41.9*286kJ 11983.4kJ*(1kW*h3600kJ) 3.33kW*h電 解 水 效 率 約 80%3.33kW*h / 0.80 4.16kW*h一 度 電 排 放 0.637公 斤 二 氧 化 碳 二 氧 化 碳 比 較假 設 要 跑 200公 里 ， 參 考 美 國 FTP-75測 試 之 參 考 車 行 名 單 1日 本 Genepax實 驗 水 燃 料 汽 車 所 耗 費 的 電 力 會 產 生 9.505公 斤 的 二 氧 化 碳TOYTA PRIUS(HYBRID)最 省 油 汽 油 引 擎 車 燃 燒 產 生 約200/24.7*2.24 18.14公 斤 的 二 氧 化 碳FIAT GRANDE PUNTO柴 油 引 擎 燃 燒 產 生 約200/18.7*2.7 28.88公 斤 的 二 氧 化 碳空 氣 壓 縮 汽 車 : 內 裝 300ber之 高 壓 空 氣 壓 縮 機 每 充 滿 6.8L公 升 ， 約 需 28分 鐘 ， 其 功 率 3kW28/6.8 (4.12 分 鐘 /公 升 )*300 (1236分 鐘 )*3/60 61.8度 電61.8*0.637 39.37公 斤 的 二 氧 化 碳 來源成本(新台幣(元)/度)風力2 .1 5水力1 .8 7核能0 .6 5燃煤3燃氣4燃油5太陽能3 .6 1 6台 灣 各 種 能 源 發 電 成 本 (2008)2 各 國 家 家 庭 用 電 平 均 電 價 比 較 圖 (2008)3國別平均電價(新台幣 元/度)台灣2 .5 8 5 5泰國3 .0 2 7 9南韓3 .1 9 8 5美國3 .3 2 3 9香港3 .8 2 4 2法國4 .9 5 4 6日本5 .7 0 6 7斯洛伐克5 .8 9 5 3匈牙利5 .8 9 5 3 英國6 .8 6 7 4 結 論以 二 氧 化 碳 排 放 量 做 比 較 : 現 在 水 燃 料 的 發 展 已 經 十 分 成 熟 ， 台 灣 應 發 展 水 燃 料 汽 車 空 氣 動 力 車 雖 然 已 經 發 展 許 久 ， 但 一 直 存 在 著 許 多 問 題 ， 所 以 應 該 繼 續 改 進 ， 才 可 廣 泛 使 用 在 於 電 力 係 數 越 小 的 國 家 越 適 合 發 展 水 燃 料 汽 車 、 空 氣 動 力 車。以 成 本 做 比 較 : 台 灣 電 費 較 比 其 他 各 國 便 宜 ， 若 將 來 水 燃 料 汽 車 與 空 氣 動 力 汽車 是 屬 於 能 夠 在 家 補 充 動 力 的 型 式 ， 台 灣 這 種 低 電 費 的 國 家 會 較經 濟 。 參 考 文 獻1經 濟 部 能 源 局 ， 2008年 車 輛 油 耗 指 南 ， 2008年 。22006年 台 電 宣 導 手 冊3台 電 公 司 之 電 費 計 收 ，http:/.tw/left_bar/QnA/electrical_bill_idea.htm4台 灣 電 力 永 續 報 告 書 ， 2008年 ， P.50。