汽車氫燃料的儲存方式,大有進展囉!
撰文╱艾胥利(Steven Ashley)
翻譯/宋宜真
汽車駕駛總是希望車子在加滿的狀態下,至少可以飆到時速480公里。這可不是指燃油汽車,而是指未來以無污染的氫氣為動力的汽車;不過,續航力不足是這種車目前最大的困難(參見2005年4月號〈氫燃料電池車乾淨上路〉)。儘管工程師已經費盡心思,卻仍舊想不出一個好辦法,能夠將足夠的氫氣(全宇宙密度最低的物質)裝載到車上。
一般壓縮氫氣儲存槽所使用的方式,是將氣體壓縮使壓力達到每平方公尺700萬公斤重,或是冷卻到將近-252℃使之液化,但這只能達到所需能量密度的一半,無法將整個氣瓶充滿。幾年前,研究人員認為,可以在車上直接利用化學方法,從甲醇等液態碳氫化合物中釋放出氫氣,但結果並不成功。之後,儘管通用、豐田、BMW等汽車公司仍在進行長期的研究計畫,卻一直沒再想出裝載氫氣的其他方法。不過最近出現了一絲曙光。通用汽車與在美國加州馬利布的合作夥伴HRL實驗室,發表了兩種儲存氫氣的技術:低溫吸附作用(cryoadsorption)以及去穩定的金屬氫化錯合物。
低溫吸附作用所運用的方法,介於壓縮和低溫儲存兩種方法之間。通用汽車氫氣儲存研發的負責人史皮羅特(James Spearot)解釋,低溫吸附作用主要是讓氣體吸附在大片的材料表面。首先,工程師為了縮小氣體的體積,先將氣體冷卻至液態氮的溫度(-196℃),以便再冷卻至液態氫的溫度。史皮羅特說明:「接下來,再施以每平方公尺約70萬3000公斤重的壓力,將氫氣強行灌入材料裡各個細微的角落。」傳統用來供氣體吸附的大片材料,使用的是磨成粉狀的活性碳,但其他合成的材料或許更可靠,例如多孔的聚合物,以及利用「有機金屬分子籠」(包含著金屬原子的碳氫化合物結構)所製作而成的材料。
通用汽車也著手改良金屬氫化物(輕金屬元素與氫的結合)。這種金屬氫化物的粉末,在受熱後會分解,釋放出氣體來。然而,溫度還是要夠高,因為金屬原子會以鍵結力強的共價鍵抓住氫。近年來,研究人員已經製作出效能更佳的複合物,例如硼氫化鋰,在這種金屬氫化物中,金屬原子與氫原子團(由數個氫原子組成)之間,是以較弱的離子鍵鍵結。
去年,由HRL的伐侯(John Vajo)所主導的團隊,降低了分解物質所需的溫度,方法是將矽添加到金屬氫化錯合物系統裡,這種添加物的作用就如去穩定劑一般。HRL感應器暨材料實驗室的領導人莫默達(Leslie Momoda)解釋:「基本上,去穩定劑會取代氫氣的位置,與金屬結合在一起。」舉例來說,以氫化鎂當做硼氫化鋰的去穩定劑,可以將釋放氣體所需的溫度從400℃降到275℃。此外,氫化物的儲氫量可達自身重量的9%,從過去的目標6.5%一下子提高許多。她希望HRL的工作人員最後可以找出一個最適合的化合物,具有足夠的吸收能力,把釋放出氫氣的溫度降到150℃,甚至更低。不過莫默達也承認,釋放氫氣的速率還是太慢了,以目前的材料而言,要補充燃料還得花上30分鐘。
當然了,發展出實際可用的車上型氫氣儲存槽,只是構成氫經濟成功的一半要素;另一半則有賴於大型的氫氣傳送、燃料補充的網絡。慶幸的是,後者並不需要技術上的突破,只要錢夠多就行了。
【本文出自科學人2005年7月號】 能量密度是很重要的 為何無法放棄石由工業作為人類移動時的能源 很大的原因便是在此
如果氫能源 能以便宜的價格取代石油 就不會再有環保問題囉