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关键报告省油版 高油价时代系列讲座 Part 2.替代能源万岁 从法兰克福、东京


2020-06-18

电影「变形金刚」里提到,现今广泛使用的高科技产品如F117隐形战机、电磁炉及微波炉的关键技术皆来自外星人,这虽然只是虚构情节,但如果真有可能,你希望外星人会提供哪种交通工具?磁浮车还是飞碟?这等有空再慢慢讨论,不过从近期油价上涨的幅度来看,找寻新的替代能源已成为不能迴避的切身话题,因此趁法兰克福及东京车展发表的最新科技概念,探讨未来的汽车发展方向!

石油从1970年的每桶1.8美元到现今近百块美元,涨幅将近54倍。 

相信再过没多久,石油价格将超过每桶一百美元大关,相对也使得全球民众的生活负担与经济压力骤增,但油价快速飙升的原因是什幺?是各大产油国的油田已抽不出油了吗?

非也,每次总归咎美国与伊朗的纠纷、中东地区政局动荡等似是而非的理由,但实际上有哪个产油国在近期中断原油的供应?

没有,一个都没有,这些国家反而因此赚取比以往更多的钱与利益,而这些皆要全球民众买单,因此我们认为近期这波涨幅根本就是各产油国私下串连的抬价行为。

当然,上述只属于个人观点与质疑,但实际上目前最具影响力的OPEC石油输出国组织(Organization of Petroleum Exporting Countries),也从未提出让人信服的理由,只能说在这个石油主宰一切的时代,产油国对影响世界的能力有更深刻的认知,未掌握到石油的国家就只有任凭宰割的分,甚至连世界强权-美国也不例外。

实际上,石油早在二次世界大战便首度展现其关键性地位,德国之所以在盟军成功登陆诺曼地后不到一年便宣告战败,取得石油的管道被切断是主因之一,车辆、坦克、战斗机在没有油的情况下形同废铁,手持步枪的士兵面对重装甲也只有投降的分。现在的时空环境虽不同于过往,但仍得面对油价高涨的威胁与另一个看不见的敌人,就是地球暖化。 

东方与西方的科技观点与差异:柴油与Hybrid的分歧点。

今年九月举办的第62届法兰克福车展喊出「See what’s driving the future」的口号,我们也见到各车厂针对环保议题的共同对策-Hybrid油电複合动力,此架构将成为次世代德系车款的动力机构。而一个月后的东京车展则以「Catch the news. Touch the future」为方向,从名称可看出其焦点仍在于新车,各车厂推出的概念车则放眼于未来的汽车型态,并非短期内可实践的动力架构。

从上述两大车展可看出双方对未来仍存有不同观点,但这样的歧见并非首次。联合国在1992年通过的「气候变化纲要公约」促成了1997年「京都议定书」,迫使各车厂加快新一代环保动力的研发速度,Hybrid油电複合动力、电动车、Hydrogen氢气、Full Cell燃料电池等技术皆在此时萌芽。

柴油引擎运用的範围愈来愈广,甚至还跨入房车赛的领域,但即便是柴油仍躲不过高油价时代的压力。

但这些技术尚未成熟到可立即量产的阶段,因此欧系车厂当下选择可立竿见影的柴油引擎,藉由较低的油价与省油的动力特性达到经济诉求,亦让柴油车在欧陆市场掀起热潮。

日系车厂在当时的代表作为Mitsubishi CDI缸内直喷汽油引擎与Toyota Hybrid油电複合动力,其中首部量产的Hybrid油电複合动力车Prius更成为最具环保意念的代表作。

其藉由电动马达、锂电池与小排气量引擎的组合,在维持既有的动力特性之外,大幅降低油耗与CO2的废气排放,唯一的缺点仅在于稍高的製作成本,而这也是欧系车厂过去并未考虑Hybrid的主因。

目前的柴油引擎虽然可排放出乾净的废气,但主要是靠高成本的碳微粒过滤器,后续的维修成本仍需消费者买单。

如果将柴油引擎与Hybrid油电技术结合,岂不是更省油!其实很多人老早就想到这点,但碍于各车厂近年对协力厂商的依赖性愈来愈重(能大幅降低研发成本),没有价格合理且技术成熟的零组件供应商,车厂并不会贸然推出科技性过高的车种。

因此从今年德系品牌大秀Hybrid油电複合动力的态度可明显看出,协力厂本身的技术与供货能力已达到成熟阶段,可与柴油引擎结合之外甚至还突破原有的工作模式,让Hybrid技术发挥到淋漓尽致。

Hybrid油电複合动力系统的架构主要在引擎与变速箱之间加入电动马达作为低速行车的动力源,目前有分成马达与曲轴连结及动力转换器两种形式,此次德系车厂所採用的系统大多为直接连动方式,可减低机械架构的複杂度,但相对电动马达也需承受较高的动力负荷。

Porsche、Audi与VW短期内便会陆续推出Hybrid複合动力的量产车款,但此次法兰克福车展最受关注的仍是双B。M.Benz展出的几部Bluetec Hybrid车型引起全场所有媒体记者的兴趣,但仅提及此动力预计在2010~2011年间付诸量产而未提供任何资料,因此焦点遂集中在BMW的Efficient Dynamics身上。

这套系统仍维持典型的Hybrid油电複合架构,低速行驶时可选择只使用电力或让电动马达与引擎一同作动以增强扭力之外,电动马达甚至还可作为煞车之用而突破既有的思考模式。

此次法兰克福车展成为德系品牌的Hybrid秀,Porsche在开展前便抢先发表Cayenne Hybrid。


法兰克福与东京的科技观点:德系Hybrid对日系氢气Hybrid。 

新一代引擎虽拥有极高的製作水準与技术层面,但工作原理仍与一百多年前的概念相同,引擎的发展至今几乎已达到瓶颈。单就工作效能来看,引擎是一种效率极差的动力源,因为每桶石油只能提炼出50%的汽柴油,而注入引擎燃烧所产生的能量只有1/3用在推动车辆前进,其他皆属毫无用处的热能与废气,但至今仍未出现与引擎製作成本相近且可靠的动力机构,因此短期内还无法将引擎送进博物馆,只能从周遭着手以放大其效能。

要提昇燃油的工作效能除了引擎本身之外,重量与传动系统是两项主要关键,但车重会影响到安全、行车品质与製作成本等因素,于是传动系统遂成为近年研发的重点。

Hybrid称得上是智慧型传动系统的延伸,Toyota在这方面的经验已超过十年,加上此次法兰克福车展到处可见Hybrid机构,可看出下一个十年将是油电複合动力的时代。

Hybrid之所以受到重视,主要藉由电动马达与引擎的双重组合及相互分工,起步与低速以马达驱动,引擎只在中高速率使用亦可担任蓄电力不足时的发电机用途。此架构可避免引擎处于起步、加速等容易产生严重耗油的工作环境,让燃油达到最高的工作效能。

而BMW发表的Efficient Dynamics概念,以更具创意的Active Hybrid技术引爆话题。此系统让驾驶者能在低速及市区行车时,可自行选择以马达驱动或引擎与马达同步作动,后者可大幅强化低速扭力,而另一项功能是在引擎运转状态下执行减速动作时,控制系统甚至可命令马达逆转而抵消前进的能量,大幅减轻煞车系统的工作负担,效能比现行的Hybrid系统更加周全。

BMW此次发表Efficient Dynamics概念,在X6 Concept身上装设Active Hybrid系统而引起关注。

Active Hybrid在引擎与变速箱之间装设两具电动马达,一为发电机、另一具驱动ECVT无段变速箱。变速箱内设置两套具有低速与高速换档模式的可变普力模组,并附上齿比锁定功能以产生更高的传输效率。

另外,加上BMW已广泛装设于量产车的煞车能源回收系统,藉智慧型电力模组IAC(Intelligent Alternator Control),让煞车也能够产生电力而减少20%的废气排放与燃油消耗。

M.Benz以Bluetec柴油技术与Hybrid系统结合,可展现更高的燃油工作效率,预计2010~2011年间开始贩售。

至于日系车厂方面,此次东京车展的多款概念车在科技层面上并未有显着突破,仅秀出设计师对未来个人交通工具的概念与前卫机能,受到高度关注的Honda CR-Z与Lexus LF-Xh亦并非车上配置的Hybrid动力,而是外型。

造型亮眼的概念车CR-Z,传承过去CR-X小跑车的概念捲土而来,车上配置与Civic Hybrid相同的複合动力系统。

论设计,此次Suzuki的複合式交通工具Sustainable Mobility(Pixy+SSC)、休闲运动货卡X-Head与Daihatsu MUD Master-C四驱休闲Minivan等概念车的创意颇受青睐,但话题一转到环保,值得一提的作品并不多,仅Mazda Premacy Hydrogen Hybrid让人眼睛一亮。

这部家庭Minivan配置一具源自RX-8 Hydrogen RE的氢燃料转子引擎,并加入Hybrid複合动力系统而展现更高的工作效能。以氢气为动力的转子引擎除了具备CO2零排放的环保诉求之外,在目前氢气站数量仍非常稀少的前提下,车内配有切换装置而能够回复原本的汽油系统。

此次Premacy Hydrogen Hybrid因为複合动力的加入,在节能、环保双重特点下大幅增加续航力,Mazda甚至还打算在明年将Premacy Hydrogen Hybrid付诸量产,此动作格外令人期待。

就此次德日双方秀出的技术层面来看,德系在Hybrid方面的大动作超乎预期,而早一步跨入Hybrid领域的日系车厂,感觉似乎被预料之外的高油价及对手也玩起Hybrid而乱了方寸,仅靠一些如同玩具且量产可能性几乎等于零的概念车与Nissan GT-R充场面,科技层次仍停留在上一届车展的水準。

LPG瓦斯系统虽被视为过渡性产品,但能沿用既有引擎的特性不失为减低购油成本的折衷方案。

改装厂AC Schnitzer打造的这部瓦斯车GP3.10可输出552匹马力,展现媲美超跑的高性能。

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未来的方向:Hybrid油电複合、电动车、Hydrogen氢气、Full Cell燃料电池?

石油总有用完的一天,因此油价在未来只会愈来愈贵,千万别奢想会有降价的可能。不过人的耐性总有一个限度,如产油国继续毫无节制的漫天喊价,甚至影响到汽车製造厂的生存空间(第一次石油危机便搞倒了多家车厂),把车厂惹毛了的结果就是大家都不玩汽柴油引擎,转而生产以电力、Hydrogen氢气或Full Cell燃料电池为能源的车款,看OPEC到时候能把石油卖给谁!

当然,目前还尚未达到摊牌的关键点,车厂对未来的动力源也尚未达到共识,但如就现行已知的新系统加以评估,100%生质燃油、Hydrogen氢气、Full Cell燃料电池与电动车是目前较为可行的四大主轴。 

高性能车种向来是车迷关注的焦点,Mitsubishi此次焦点全放在第十代Lancer Evolution X身上。

其中Hydrogen氢气与生质燃油可沿用引擎与Hybrid複合动力技术,而电动车及Full Cell燃料电池的技术虽然也达到成熟阶段,但受限于电池的取得成本过高而停滞不前,因此只要关键技术得到突破,很快就可立即量产而降低民众对燃油的依赖性。

就各车厂近期的动作来看,Full Cell燃料电池感觉似乎已被打入冷宫,过于複杂的机械架构与高成本,让车厂将目标转往Hydrogen氢气与电动车,其中Volvo在法兰克福车展推出的ReCharge,成熟概念让电动车的发展又燃起了希望。

Subaru为在WRC取得优势,高性能Impreza WRX STI是该厂重点。

从技术层面来看,ReCharge基础架构虽与过去的电动车雷同,但藉由电力为主、汽油引擎为辅的概念,以四具置于车轮之中的电动马达为动力,电量充饱时的续航力可达到一百公里之外,还可使用家里的电源插座进行充电。

而配置在车上的生质汽油引擎则被当作驱动发电机之用,只在电力耗尽时才会运转,因此其平均每行驶100公里只消耗1.9公升汽油,就算油价再贵也很难影响到ReCharge。看起来是一个不错的方案且能立即量产,只要能降低电池的取得成本,相信此系统的发展将非常看好。

Daihatsu推出的MUD Master-C概念车吸引许多记者驻足,微型四驱Minivan的运动概念符合现今消费需求。

Suzuki的X-Head小货卡以休闲运动专用车款为主要诉求。

BMW与Mazda则是Hydrogen氢气动力的两大推手,BMW早在去年便发表与量产车相同标準的Hydrogen 7,而Mazda则在今年初贩售RX-8 Hydrogen RE。

相较于生质燃油或Full Cell燃料电池,Hydrogen氢气由于取得途径简单且不受环境限制,只要地球有水就能够从中取得氢气,因此即便该系统在安全考量下需要细腻且严谨的加气步骤、液态氢价格稍高于现行汽柴油且续航力略短,但BMW仍积极投入Hydrogen的推广工作,着眼点应仍放在排除石油的可能性。

此技术还能与Efficient Dynamics概念结合,藉Active Hybrid带来的电力辅助将可大幅提昇Hydrogen氢气引擎的续航力。

BMW于去年便持续推动Hydrogen氢气计画,这部Hydrogen 7虽未公开贩售,但实际上已达量产车标準。

至于100%生质燃油?由于这些从植物淬鍊而出的酒精在注入引擎燃烧后,产生的二氧化碳浓度比汽柴油还高,且需求量增加后会造成物价的大幅波动。

如美国便因为以玉米製作生质汽油,使产地价格提高了八倍,对车厂来说除了得背负更多社会压力之外,使用生质燃油的动力品质较低并增加通过环保排放标準的难度,因此许多车厂对此兴趣缺缺。

从上述分析可看出,电动车与Hydrogen Hybrid有可能会成为未来20年间的技术发展重点,因此Hybrid在这段期间将大行其道。如果二十年后所有的汽车都改用电力或氢气为动力,是否有可能改善愈趋于恶劣的环境与暖化现象?

这或许要等到30~40年后才会知道,但地球毕竟是目前仅知唯一适合人类生存的环境,为了让下一代子孙享有乾净的空间,我们只能说:研发这些新系统的工程师们,少给我偷懒,还有空看杂誌,赶紧去工作!

据说下一代RX-7雏型的概念车-大气,以低风阻的流线造型而与环保扯上一点边。

此为移动式的液态氢补充站,由于该装置目前尚处于测试阶段,因此协力厂商Linde特别製作移动式充填站替Hydrogen 7补充液态氢,且BMW目前亦未贩售Hydrogen 7,仅以租借方式提供特定对象使用,由于其机械架构非常複杂且需格外注重安全,再加上液态氢的售价并不低于汽柴油,因此仍需经过一段时间的市场考验。

此次东京车展最受关注的重点就是Nissan GT-R,即便环保为近期各车厂的科技发展重点,但GT-R高人气的知名度与强悍性能依旧让全场观众陶醉,并将环保与科技议题完全淹没。不过车上採用的一些创新概念如与引擎分离放置的全时四驱变速箱及六速自手排系统仍具有极高的可看性。

Honda是目前唯一仍积极推展Full Cell燃料电池系统的车厂,除了先前已达量产标準的FCX之外,此次在车展现场也展出了大型的系统结构,让民众对Full Cell燃料电池的架构与作动方式有更进一步的认知。

环保风也吹进了赛车界,Hitachi日立此次展出的全电动Go-Kart小型赛车让人眼睛为之一亮,其电动马达直接放在后轴上方,而蓄电池则放满驾驶座两侧,感觉虽然仍保有重量分配的均衡性,但身旁被如此强劲的电力所包围,在竞赛过程中可能也会对车手带来不少压力。

结语-生命自会找到出路

1886年,全球第一部汽车的出现取代了马匹而成为主要交通工具,当年一桶石油的价格不到一块美金,120年后的今日,每公升汽油的价格达到台币30元、日本约为日币150元、美国每加侖约三块美金(每公升约台币25.8元)。

面对这样一个高油价时代,政府提出的建议是少开车、多使用大众交通工具,其实这不用说大家都知道,民众本身自然会有因应之道,但政府与主管单位的对应法则在哪里?这倒是我们非常感兴趣的议题。

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