羅清岳／DIGITIMES

前言：根據聯合國預測，目前全世界汽車(包括：大型客車及貨車)的車輛總數已經超過8億部之多，如依照目前汽車每年的成長速度來估算，到了2030年汽車數量將會成長至目前的1倍，汽車產業持續蓬勃發展之外，更代表石油資源有限，面對到持續飆漲的價格與石油殆盡的窘境，使得找尋替代性燃料已經是勢在必行。

在世界各國的環保專家學者持續呼籲全球正視能源枯竭危機的聲浪中，環保節能已經成為產業界不斷追求的目標，紛紛致力於開發研究新能源或動力的產品。因此，在日前美國印第安納州Purdue University(普渡大學)實驗室研究後發展，將水、澱粉、酵素等材料混合後，可作為汽車引擎所需之氫燃料(hydrogen fuel)，讓汽車搖身一變成為輕便、便宜而乾淨的交通工具。再者由於該混合物所表現出來的能量轉換效率非常高，作為驅動汽車引擎的新燃料技術一旦成功，到時候將徹底改變人們交通方式，甚至還將對整個能源領域創造出具有革命性影響。

不過，從技術的角度來看，氫氣的製造與保存就是個難以解決的問題，除需要以昂貴的白金當作觸媒，還要低溫高壓的容器才能長久保存；因此，若要單純以「水」作為汽車引擎的燃料，面對到商業化的門檻還有很大的技術製程還需要突破，但是該新的燃料技術發展，將可直接應用於直接燃燒氫氣的引擎系統中，或者是因應氫燃料電池充電問題，並預期該技術可以用來取代汽油，作為燃料電池或提供內燃機使用。
▲圖說：一般的電池就像儲能裝置，是把電能貯存起來，需要時再釋放出來；而氫燃料電池嚴格地說是一種發電裝置，像發電廠一樣，是把化學能直接轉化為電能的電化學發電裝置，也就是直接在引擎室內生成氫氣，減少運輸和保存的困擾。（www.eia.doe.gov）

這是由普渡大學實驗室的教授Jerry Woodall，在清洗具有液態鎵(Ga)和鋁合金的坩鍋(Crucible)時發現，只要將水加入到合金的坩鍋中，便產生劇烈的氣體聲響，也就是當液態合金中的鋁原子與水有了接觸的同時，兩者之間便產生了化學反應，讓水在第一時間就產生爆裂的狀況，同時也生成氫氣及鋁氧化物，而氫能源的生成也會視使用者的需求相互搭配。換句話說，只要使用者需要多少，便會產生多少的能量。基本上，上述的化學反應不會產生有毒的氣、液體，十分具有綠色環保效應，氧化鋁還也能還原使用，不用擔心材料耗盡的問題。不過，目前鎵的價格要比鋁來得昂貴許多，若要讓這個製程技術能夠被廣泛使用，還必須藉由製鎵業者搭配生產低價的鎵料。

經由Jerry Woodall所公布的資料指出，1磅(0.454公斤)的鋁，可產生4,500瓦/小時的功率(約為汽油的74%)，而鋁的單位重量成本是汽油的1.667倍，再精算之後發現，相同的行駛方式與同樣里程數，鋁成本約為汽油的4.667倍，反而鋁的成本要比汽油來得貴，不過如果氧化鋁的回收站規模大到像是1座核能電廠的話，便可大幅還原成本，並大幅降低成本。
▲圖說：Jerry Woodall為此發現申請了專利，將運用在商業用途上，而其中最令人感到興趣的將是汽車替代能源上。 （www.david-sadler.org）

另外未來汽車將可儲存固態的澱粉當做燃料，當澱粉與水混合後，產生的酵素能把水中的氫釋放到燃料電池中，因而產生發動汽車引擎所需的電力，運用了這項技術之後，1部原本擁有超過480公里行駛距離的石油動力汽車，所需的燃料可能只需要1個45公升的容器就可容納。再者，1個裝滿容器就可容納27公斤澱粉，等同於4公斤氫氣。因此，只要約2.7公斤左右的澱粉，就能產生4.4公升的汽油相等的能量。這樣的動力系統技術發展會複雜的主要原因是，無法自然合成，而必須經由13種有機酵素所組成的混合物。

在實驗室中，使用純氫時其燃料系統的整體效率達75%，若是從石油中提煉的氫其效率可達40%，所以若氫能源能達到大量規模被使用，而澱粉與水的轉化反應還能夠在正常大氣壓力、30°C的環境條件下發生。因此，在將該技術應用於正在進行汽車測試的聚合物電解膜燃料電池(polymer electrolyte membrane cells)之前，可先應用在手機的小型燃料電池中，並在提高製程效率的同時，降低該種酵素混合物的成本。若在該技術下，容易生產氫氣，由氫氣當作燃料，主要的技術瓶頸還是在以氫氣為燃料引擎、安全、氫氣儲存等問題。

360°技術－質子交換膜燃料電池

質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell；PEMFC)的發展已有近50年的歷史。1962年美國通用電力公司開發出質子交換膜燃料電池技術，並成功用於雙子星座和Apollo登月飛行。後來因為其它燃料電池在美國和日本試驗成功，而放慢了對質子交換膜燃料電池的研究。

質子交換膜燃料電池的研究開發領域，權威機構是加拿大的Ballard能源系統公司。1989年，該公司在加拿大國防部資助下，從美國國防部購買了電池技術。經過十多年的研究開發，成功地研製出了多種系列的質子交換膜燃料電池。1994年以來，Ballard公司先後與福斯、通用、福特、豐田和日產等著名汽車公司合作，開發出多種質子交換膜燃料電池汽車。目前質子交換膜燃料電池得到快速的發展，包括：美國、加拿大、日本和德國在開發該種電池作動力源方面的研究已經形成熱潮。