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標 題: [科學人][閱讀放大鏡] 省油環保才是好車
發信站: 政大狂狷年少 (10/29/06 21:06:09 Sun)

省油環保才是好車 < 摘自科學人雜誌2006年10月刊 >

迅速便捷的各種運輸車輛,同時也是排放二氧化碳的頭號元兇,該怎麼做才能
在享受便利的同時也不犧牲環境呢?

撰文/黑伍德(John B. Heywood)(美國麻省理工學院機械工程學系教授)
譯文/鍾樹人

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如果我們夠誠實,大多數生活在較富裕國家裡的人,都會承認自己滿意目前的
運輸系統。不論是隻身或和親友同行,現有的交通系統讓我們想去哪裡就去哪
裡,而且常常連人帶行李直接送到門口。默默運作的貨運配送系統則負責運送
物資,支援我們想要的生活。那麼,為什麼還要憂慮未來呢?特別是憂慮運輸
能源可能對環境造成的影響?


原因就在這些系統的規模,以及它們的成長眼看無法抑遏。運輸系統消耗的化
石燃料(汽油與柴油)之多,超乎我們想像。而這些燃料裡的碳在燃燒過程中
會氧化成溫室氣體二氧化碳,所以大量使用化石燃料,就表示同樣會有大量的
二氧化碳進入大氣。交通運輸產生的二氧化碳,佔全球溫室氣體排放量的25%。
當開發中國家快速機動化之際,全球的燃料需求也將同步竄升,這對大氣溫室
氣體濃度的管制將是一大挑戰。目前在美國,輕型車(轎車、貨車、休旅車、
廂型車和小卡車)每年消耗的汽油量高達5500億公升,相當於每人每日消耗五
公升。如果其他國家也以相同的速度消耗汽油,全球的油耗將成長近10倍。


http://sa.ylib.com/read/images/200610car2.jpg
專為雙人在都會及市郊的交通而設計的福斯概念車。這輛車目前還只是原型,
重量僅有290公斤,每公升汽油約可行駛100公里。


往前看,有哪些辦法可協助我們在可接受的成本之下,讓運輸的方式更加永續?


降低運輸系統的能源消耗

有幾個選擇方案說不定可以帶來重大改變。我們可以改良或改變汽車科技、改
變車輛的使用方式、縮小車輛體積,也可以使用不同的燃料。若要大幅降低消
耗的能量與溫室氣體的排放量,我們可能要用上所有的方法。


在檢驗這些替代方案時,我們必須牢記現有運輸系統的幾項特性。首先,它與
已開發國家已經緊密結合在一起了。過去數十年中,它歷經時間的焠煉,在經
濟成本與使用者的需求之間取得平衡。其次,這個巨大的最佳化系統,只仰賴
一種便利的能源,那就是石油。而且,它所演化出來的技術──陸用內燃機以
及空中噴射引擎,把運輸機具的運作與這種高能的液態燃料結合得很好。最後,
這些機具壽命很長,因此要很快有什麼改變就更難了。想抑制並減緩運輸用能
源對各地區與全球的衝擊,將歷時數十年。


另外,我們也要記得,與效率相關的數據可能會產生誤導,重要的是實際駕駛
過程中所耗去的燃料。今天的火花點火式汽油引擎在都會區駕駛的效率大約只
有20%,即使是最佳的運作狀況,效率也只有35%。在許多短程駕駛中,引擎和
傳動裝置尚處於低溫,燃料的消耗率就更高了,如果再遇到冷天或是激烈的駕
駛方式,情況只會更糟。另外,引擎空轉時間過長與傳動過程中的耗損,也會
降低效率。實際的駕駛狀況會降低引擎的平均效率,所以油箱內儲存的化學能
量,真正用來推動輪胎轉動的大概只有10%。極力主張開發更輕、更有效率的
車輛的洛文斯(Amory Lovins)曾經表示:假設汽車效率為10%,駕駛加乘客
和行李的重量約為車重的10%,即140公斤左右的負載,那麼「真正用來移動負
載的能量,只佔油箱內燃料能量的1%而已。」


我們也必須納入其他考量,包括:燃料的製造與配送,車輛大約行駛24萬公里
就會遭淘汰,以及車輛製造、維修與廢棄處理等所需的成本。車輛運作的這三
個階段一般稱為「油井至油箱」(well-to-tank,所用能源與溫室氣體排放量
佔所有過程中總排放量的15%)、「油箱至車輪」(tank-to-wheels,佔75%)
和「出廠至報廢」(cradle-to-grave,佔10%)。令人訝異的是,製造燃料與
車輛所需的能量不可小覷。當我們思考非化石能源與新類型的車輛技術時,更
需要重視這種涉及車輛從製造到廢棄整個過程的計算方式,把所用的與所排放
的物質全都涵括在內。


改良目前的輕型車輛技術,可帶來很大的助益。如果投資更多金錢提升引擎與
傳動裝置的效能,或是減輕車重、改良輪胎並降低阻力,在未來約20年內,以
平均每年改善1~2%的速率,油耗可能減少1/3。(每輛車的成本將因此增加500~
1000美元,但若把未來的燃料價格考慮進來,擁有一部車的整體成本並不會增
加。)這類進步在過去25年中已陸續發生,但我們買的轎車與小卡車也變得更
大、更重、更快,因此原本可實現的優勢又被這些特色抵消。世界各地的汽車
越造越大,馬力也越來越強,這種趨勢在美國尤其明顯。我們必須設法讓買家
有意願採用可能減少油耗和溫室氣體的方案,這樣才能真正節約能源與減少廢
氣排放。


短期而言,如果車輛的重量與體積能夠減小,而且買家與車廠不再持續追求更
高的馬力與性能,那麼在已開發國家,也許能減緩石油需求量的增加速率,讓
石油需求量在15~20年內達到高峰(約比目前多出20%),然後開始下降。這樣
的預期也許談不上積極,但已經很難達成了,而且與目前預估的趨勢相去甚遠。
目前對汽油消耗量的預估是每年穩定成長2%左右。


長期來看,我們還有其他選擇。我們可以開發其他燃料,至少能取代部份的石
油。我們可以改用新型的氫氣或電力推進系統,也可以更積極一點,大幅改良
設計,並且鼓勵消費者接受更小、更輕的車輛。


開發其他燃料可能較為困難,除非這些燃料能使用現有的配銷系統。另外,目
前的燃料為高能量密度的液體,一油箱的燃料大概可供應車輛行駛650公里路
程,如果採用低能量密度的燃料,可能需要較大的油箱,或者忍受較差的續航
力。以此來看,非傳統石油是較可能出線的選擇,其中包括油砂、重油、油頁
岩、煤。不過,想從這些原料榨出「油」來,需要大量使用其他形式的能源,
好比天然氣或電力。因此,整個過程依舊會排放可觀的溫室氣體,對環境造成
其他的衝擊。不僅如此,這些處理過程也需要鉅額的投資。不過,即使對環境
有廣泛的影響,人類已經開始利用非傳統石油能源了。在未來20年中,這類能
源預計可提供10%左右的運輸燃料。


一般認為,每單位生質燃料,如乙醇、生質柴油等,釋出的二氧化碳較少。這
些燃料也已進入製造階段了。在巴西,以甘蔗製成的乙醇約佔運輸燃料的40%。
在美國,約20%的玉米用來製造乙醇,而且絕大部份用於再重組汽油(RFG)。
再重組汽油也稱為「較乾淨的汽油」,其中含有10%的乙醇。美國最近的能源
法案計畫在2012年以前,把運輸燃油中乙醇佔的比率由目前的2%提升兩倍。不
過,目前為了生產乙醇而消耗的肥料、水、天然氣與電力,必須先大幅壓低才
行。利用纖維素生質能(非食用的植物殘渣與廢物)製造乙醇,效率可能更高,
而且溫室氣體的排放量更低,目前的生產過程雖然還無法商業化,但未來成形
的可能性相當高。生質柴油可能來自不同的作物(油菜籽、向日葵、大豆油)
及廢棄的動物性脂肪。目前的產量還很少,但已可與標準柴油燃料混用。


生質燃料的使用量可能會穩定成長,但是我們目前還無法確定,把生質作物大
規模轉化為燃料,對環境會造成什麼樣的衝擊,比如對土壤品質、水資源與溫
室氣體整體排放量的影響。因此在近程的未來中,這類能源雖然可能有所貢獻,
卻不可能成為主要的燃料來源。


世界各地運用天然氣做為運輸燃料的比率不等,有些國家低於1%,有些透過稅
收政策提高其經濟效益,而達到10~15%。美國都會區公車在1990年代開始使用
天然氣,以降低溫室氣體排放量。更容易清潔的柴油是目前另一種較實惠的選
擇。


----------------------------------------------------------- 完 -----------

【欲閱讀完整全文,請參閱2006年10月號「省油環保才是好車」一文。】

http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=917&CL=19
http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=917&DocNo=1456


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