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2011年5月20日 星期五

電動真是汽車產業的未來?

相信很多人看到這樣的題目,一定覺得很好奇,近年來全球媒體不都一面倒的將電動車當成汽車工業未來的發展前景?為什麼會有人提出質疑的觀點?事實上,如果完全不考慮資源的問題,在次世代能源還不能完全取代石化工業時,以電能為主的能源型態,的確在某種程度上,有著未來的前景。

然而,電動車最大的問題,就在於電動車所使用的資源,除了傳統的鋼材外,還包括了鋰、稀土元素等,而這些元素又是電動的關鍵,如何善用這些資源,並積極研究回收再利用或是替代性資源,將是電動車最主要的未來前景。

從長期的能源政策角度來看,汽車工業發展電動車當然是最好的選擇,畢竟到目前為止,還沒有那一種能源能夠妥善的替代現今人類所廣泛使用的內燃機文明,但以現今來說,不管是那一種能源,最終都要轉化為電能,以供大多數的現代文明產物使用。因此,汽車工業可以無需獨力研發全新的替代能源,將替代能源的開發,重新交付給全體人類社會。

這當然和原本的文明發展有所悖離,事實上,隨著19世紀內燃機引擎的發明、1866年德國工程師尼古拉斯‧奧圖發明活塞式四衝程內燃機,再到1885年卡爾‧朋馳博士發明汽車;汽車的發展與內燃機,基本上就站在同一條發展的道路上,但隨著石油的逐漸耗竭,汽車工業不能再依靠燃燒石油產品的內燃機,而要另外找出全新的出口。

但問題在於,要製造電動車,不可或缺的就是鋰和稀土。而這幾種礦產就算在地球上不算稀有,但相關的開採成本、埋藏量等,都成為電動車大量生產的最大阻礙。

或許這麼說,對大多數的消費者來說很難理解,那麼,在此就分別詳細的說明。其中,鋰由於是元素週期表裡鹼金族金屬的第一個,由於它的原子量小,因此以其做為電池的陽極,能夠具有很高的能量密度,同時,鋰也能被用於製造低於室溫或高溫下使用的電池。

鋰這種金屬在地球上的埋藏量並不算小,但分布並不平均,全球最大的鋰礦位於南美洲的玻利維亞與智利,其中,智利的阿塔卡馬鹽沼(Atacama)的鋰礦,佔全球鋰蘊藏量達27%,而玻利維亞的烏尤尼鹽湖(Salar de Uyuni),鋰蘊藏量更佔全球約一半左右。至於中國的西藏,儲量約佔全球的13.7%。

然而,鋰化合物在現今的工業社會裡,佔有極為重要的一環,除核子彈、核能發電都少不了鋰,其化合物更廣泛用於玻璃陶瓷工業、煉鋁工業、鋰基潤滑脂以及空調、醫藥、有機合成等工業。鋰系列產品廣泛應用於冶煉、製冷、原子能、航天和陶瓷、玻璃、潤滑脂、橡膠、銲接、醫藥、電池等行業。換句話說,若電動車大規模量產,則鋰礦將有可能如鐵礦般,將全球行情控制在前三大礦產公司手中,成本是否能夠因量產而降低,還在未定之天。

其次則是稀土,這類在元素週期表第Ⅲ族副族元素鈧、釔和鑭系元素共17種化學元素的合稱,和它的名稱不同,大多數的稀土元素在地球上的蘊藏量都不低,其中鈰的蘊藏量更幾乎等同於銅。然而,稀土元素由於化學特性的關係,很少達到開採的經濟效益。目前,全球稀土礦分布相當廣泛,除中國大陸的內蒙約佔全球的三成左右外,包括美國、俄羅斯、澳洲、印度、加拿大、南非和巴西等國境內,都有稀土礦的分布。

而常用在電動車上的稀土元素,包括了鑭、鐠、釹、釤、釓、鏑等,而稀土元素氧化物更廣泛被利用在汽車的排氣管做為觸媒的催化劑,再加上礦產的分布不均,且開採稀土的加工成本較高、對環境的污染也很嚴重,在中國開始管制出口後,對整體稀土與相關產業的打擊都相當嚴重。

整體來說,不管是鋰還是稀土元素,成本都較一般生產傳統內燃機引擎來得更高,再加上全球到目前為止,針對電動車的鋰與稀土甚至是貴金屬的回收都還沒有建立起完整的體系,在短期之內,電動車的價格恐怕仍將遠高於傳統內燃機車款,對電動車的大規模量產,並不算有利。

在此同時,電動車的真正核心,包括電動馬達與電池的航程都還不夠,舉例來說,納智捷電動車上採用的是180kW的電動馬達與六千餘顆鋰離子電池,然而其續航力達340公里,但前提是以時速60km/h行進。換句話說,如果今天打算從台北開到高雄,那麼最保險的方式,就是先開到台中或彰化,並且住一個晚上充電。也就是說,在實際使用上想取代現有的汽車,電動車還有相當長的一段路要走。

其次,與電動車配套的充電站以及充電電池的標準化,在電動車產業上也還處於各立山頭的階段,畢竟各家業者都盡力發展自己的標準,希望形成業界統一標準,屆時才有利可圖。

另一方面,電池的產能恐怕也將是電動車發展的關鍵之一,舉例來說,納智捷電動車所採用的鋰鐵電池來自於國內電池大廠能元科技,能元除提供納智捷電動車外,其本身的客戶還包括Mini-E、太陽能路燈、工業用無人載具等,就算將其所有的產能都算進去,該公司一年的電池產能也不過在2億顆左右,但以納智捷EV+一部就要使用6千顆的用量來看,很明顯的也不具備大規模量產的條件。

總而言之,電動車會不會是取代現行內燃機汽車的解決方案?從整體工業的發展趨勢看來,這應該是有機會的。然而,汽車工業已然成為大量生產的工業代表,而現今的電動車不管在原料、加工或是製程上,距離大量生產所企望達到的成本降低,在很多方面都還有所缺憾。如果現今的電動車產業不能在最短的時間內,解決電池蓄電量、續航力以及成本過高等不利因素,並且提高產能,那麼,想要用電動車來取代汽車,恐怕還有很長很長的一條路要走。

(本文見刊於汽車周刊www.autoweek.com.tw第120期)

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