氫氣世紀》氫燃料電池是甚麼？ @ vanishing as well as existing

「燃料電池」是一個即將無所不在的字眼，但是你真的對燃料電池有足夠的了解嗎？從大型的太空站、發電廠，一直走到你我身邊的手機、筆記型電腦、甚至汽車裡，燃料電池改變我們對化石燃料的依賴，也徹底主導了下一代能源的形式。

HONDA FCX Clarity(YOSHIKAZU TSUNO/AFP/Getty Images)

M-Benz氫燃料電池巴士的加氣站(Andreas Rentz/Getty Images)

燃料電池其實是「發電機」

乍看「電池」兩字，會直接望文生義，認為「燃料電池」是「電池」，儲存、輸出電力是它的本分。但其實燃料電池特殊的地方在於，你不用幫它充電才能讓它工作，而是餵它喝「燃料」，讓它自己生產電力。

所謂的「燃料」，指的是含「氫」的化合物，這也就是為甚麼我們也常常稱它為「氫燃料電池」。在燃料電池的發電機制中，我們對燃料電池輸入「氫」，得到「電、水、熱」。所以燃料電池不僅僅是電池的角色，它更像一座發電廠，把燃料轉換成能量。所以HONDA FCX Clarity這部氫燃料電池車，你可以理解成，它是一部電動車，車上有發電機，發電的材料是「純氫」，不是含有其他物質/雜質的氫化合物。

傳統的火力發電是將燃料燃燒以後轉成熱能，再轉成電能，大部分的能量都在燃燒中逸散，能量轉換的效率很低；此外，比起讓環境吃盡苦頭的化石燃料，使用純氫的燃料電池所排放的產物也僅僅只有水而已，在現代對環保的嚴格要求下，儼然就是個模範生。

而這也就是為什麼我們對燃料電池寄予厚望的兩個最大的原因：無污染的副產物和高轉換效率。這也是讓HONDA FCX Clarity大受矚目的關鍵。

在工業應用的範疇裡，燃料電池還有另外兩大優點，就是輸出功率強(1W~1000MW)而且因為燃料是另外添加，而非電池本身的一部分，因此能夠做到體積小、重量輕。這讓一直以來對無力又笨重的電動馬達提不起勁的汽車工業，也對燃料電池寄予厚望。

為甚麼燃料電池還那麼罕見？

其實用氫氣當內燃機引擎的燃料不是甚麼創世紀的發明， 1920年代就有德國發明家Rudolf Erren改裝內燃機引擎，使用氫氣做燃料，他發展出的改裝引擎教科書上就叫做「Erren engine」，當年他自己就改裝過兩三千部汽車、巴士、和卡車使用氫氣做燃料。不幸的是當年對氫燃料的安全性沒有很好的掌握，1937年有名的「興登堡號(Hindenburg)」飛船空難事件正是使用「Erren engine」，804英呎長最壯觀的載客飛船興登堡號在降落時發生爆炸意外，熊熊烈火將整艘船燃燒殆盡，徹底終止了飛船的黃金年代，加上當時石化燃料非常便宜，內燃機引擎的發展就此也完全走向汽油引擎。而現在石化能源將耗盡，氫能源自然而然就從資源回收桶被挖出來了。

回到燃料電池上吧。雖然看起來，燃料電池似乎解決了我們長期依賴石油的石化毒癮。但是有一句台語說「有一好，沒兩好」，燃料電池成長茁壯的路上，其實也充滿了弔詭的難題。

從科學及工業應用上得到的成功，不保證在商業上一樣可以一帆風順。真正落實到經濟用途上，必須克服的兩大難關是：燃料(也就是氫)的生產與儲存。

首先，氫的來源並不那麼成熟，首先大自然是不存在純氫的，我們也無法找到一個「氫礦」，然後像開採原油一樣用一堆機具把氫挖出來，要得到氫必須用化學工業的方式生產。

一般我們使用「電解法」和「蒸氣裂解」來取得純氫氣。前者耗費成本過高，這跟一開始我們寄望產生能量的高效率其實互相矛盾。；後者必須使用天然氣，是將天然氣暴露在高溫水氣下提煉出氫氣，那又牴觸了我們希望減低污染的初衷，因為它還是從石化原料生產的，只會讓氫燃料蒙上一層陰影。再者，純氫氣的儲存不易，運送上自然成本就大增。在氫燃料車普及前（規模經濟問題），也很難有能源公司願意投入量產氫氣的研究開發，關鍵看來應該在氫引擎的成本上頭，如果氫燃料車可以便宜買到，自然而然氫氣需求大增，能源公司還能不積極投入更環保的生產研發嗎？這也給了我們一個啟發，若有能源公司要大量投入氫氣生產的時候，就是投資客的好標的了。目前新的製氫趨勢有光電解法（太陽能）、熱化學法、光生物法等，但成效大都仍不穩定，離市場價格仍遠，有待能源公司的努力了。

折衷作法

為此，燃料電池有了許多折衷的發展走向。如果我們對於環保不那麼基本教義派，願意向少量的二氧化碳排放屈服，我們就可以使用甲醇、乙醇、生質酒精、沼氣、天然氣等，這些比較便於運輸和生產的碳氫化合物作為燃料電池的燃料，而那也正是我們現在所走的路。

能源依賴才是問題的根源