【香港家書@20221217】理大電機工程學系教授、電力電子研究中心主任鄭家偉教授
2022-12-17

理大電機工程學系教授、電力電子研究中心主任鄭家偉教授——香港電動車充電位不足 未來約需10萬個

殷博、殷承:

你們已去了外國讀書多年,現正在投考大學,並希望擇選適合自己的課程,雖然你們並不一定選讀環保的課題,但我也想你們知道近年香港及全球電動車領域的環保議題,使你們更了解未來的碳排放的影響。你們也知道,爸爸已在理工大學研究了電動車25年,也在香港及全球在電動車研究及發展的先驅,也經歷了近年不同年代電動車的發展及影響。電動車已有20多年前的舊式鉛酸電池而發展至今天的鋰電池,而現今的電動車每充一次電便可行走5百多公里。而電動車是可以減少路邊排放,而電廠的過濾系統比汽油車更好而電動馬達的效能則比內燃機高出五部以上,加上減速有制動方法,可把動力回輸致電池。所以電動車比汽油車更環保,而電動車潮流應該不可能停止及逆轉,所以現在需做的是除了研究更環保和更高效能的電動車。

其實電動車的電池並不絕對環保,電池中的金屬是以鋰及鈷為主,它們在全球的蘊藏量也有限。除了電動車的發展,還有太陽能及風能、電力系統、後備電源和手機也大量使用鋰電池,而鋰及鈷的金屬在過去數年價格的變化很不穩定,是以倍數的變化。在全球生產礦物的排行榜內是40多位,所以有用完或越來越貴的趨勢。而使用和製造電動車及電池也產生碳排放,平均要駕駛兩年或以上才可以抵銷碳排放,所以現時也有研究怎樣去發展二次電池使用或重用。其實電動車的鋰電池當其儲電能力跌至7至8成就不能再使用,但此儲電能力在其他的電器產品也可重用的。在短期內,電動車也是以鋰電池為主,因而也產生了相關問題。各國也陸續停止發放汽油車牌照,而香港也定在2035年停止發放汽油私家車牌照,以達致2050的碳中和目標。其實剩下的時間是不足夠的,如果全港的90萬架車全部變成電池車,而一同充車的話,將會是全港用電量的數倍,如果再加上使用快速充電,它的用電量會更大,所以現在應該研究各種新的充電模式、新的輸入電量和新的分階段充電的。現時香港的充電位是不足的,現在大約有5千多個是供公眾使用,相信未來最終要約10萬個才足夠電動車使用。

 

另外,電動車的設計也全以電力電子為主,其中的機械性的部份很少,全車的動力也使用直接驅動,以及模塊設計及電腦設計,現今的汽車工程人員以機械工程學為主,隨着未來大量使用電動車,汽車的設計、維修、保養,也轉為電機及電力電子為主。所以我們需要培訓更多的工程人員在這方面的新知識,和加入電動車與大學及技工課程。但要知道設計及審批一個課程需要一至兩年,而培訓專業人才也要數年,所以這方面也是刻不容緩。隨着電動車的大量使用,全球及全港新車的註冊也是以電動車為主。除此之外,行政人員、消防、救援、警察、其他工程部門及管理公司等也需要相關知識,一旦發生電動車事故,也要學習和發展新的救援方法。因為電動車電池的儲能極高,其電壓也數百至八百伏特那麼高,比所有家庭電器的電壓更高,所以要加強培訓及更小心使用。

 

既然電池有很多發展及環保的問題,所以很多研究團隊及汽車商也發展其他的車種,其中以氫能車為大方向。氫氣是地球的蘊藏量其中最多的一個原素,而氫氣加氧氣產生電能,它的副產品只是水及水蒸氣,並不是溫室氣體。這種電動車叫混合能量電動車,它們主要以一種叫「燃料電池」來用氫轉化為電能,雖然它的效能約為百分之45至55 ,並沒有電池的百分之99 那麼高,但它非常環保,不會產生大量的廢物。需知道老化及使用後的電池很難循環再用,大多去了堆填區,而氫氣燃料電池也比較容易回收。

 

但氫能電動車有着很多儲存及使用問題。氫氣車足以 700 bar 的方式儲存,即是 700倍的大氣壓力。雖然儲存它們的技術已做到很安全成熟,但其設施也因而非常昂貴。而氫氣是以綠色氫氣最為主要環保氣體,它是以再生能源(太陽能或風能)來電解水而產生氫氣,所以比較貴,現時每一度電若需$4美金。以相同的行走距離計算,一架車入滿氫能比柴油車貴一倍,而在香港使用也要留意安全法規的問題,氫氣車不可以在隧道及天橋行駛,所以也影響它短期在香港使用的普及化。而充氣站的建設也很昂貴,並需要設置在市區外圍以保障安全。

 

近期,我們理大的研究團隊努力發展氨動能電動車,用氨氣作為儲存。氨氣是零碳排放的燃氣,它的使用及儲存壓力低,大約 8 bars的壓力,跟家用及車用的石油氣壓力差不多,沒有高壓的危險,而火災及爆破風險比氫氣更低四倍,儲存體積密度比氫氣更高,因為壓力低,所以部件非常便宜,很適合電能車使用,並可以減少電動車對電池的倚賴。現時充氨氣的時間也只需數分鐘,相比起電動車充電的時間需要最少半小時到數小時來講,它們更方便用家使用。而氨氣來源可以由肥田料區收集,或由電化學合成,成本便宜。

 

而遠距離的氫氣運輸也大多以氫轉為氨來方便低壓運輸。所以我們團隊提倡以氨氣直接在電動車使用,入一次氣可以行走500公里,而加氣和入油時間相若,希望可成為新一代電動車方案。我們上年推出的氨能車是全球首架以氨動力推動的電動車,現在要研究其他車種,如氨動力小巴,希望數月後便推出。

 

殷博,殷承,我們希望你們對環保電動車的知識有更多的增進,更了解新能源電動車,本世紀是新能源電動車的年代,並不會逆轉,希望你倆能在外國努力學習,並以碳中和及環保為主要目標。

 

父親

2022年12月17日

 

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【香港家書】

香港電台第一台FM92.6 - 94.4​星期六早上九點至九點二十分

主持:張鳳萍
編導:張鳳萍
監製:林嘉瑜

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