這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣:只是炒作?真的會造成缺電嗎?專家一次說清楚(12/30/2020 風傳媒)
"你應該知道的是:豐田汽車社長痛批,電動車若更加盛行,可能造成日本大缺電,此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑,到底會不會缺電?電動車只是炒作的話題嗎?作者以專業背景解釋,電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效,但能源轉型困境並未因此紓緩,能源問題人人有責,不能把責任推給政府。"
作者:曲建仲 / 台大電機博士,知識力專家社群創辦人
近年來空氣污染讓大家忍無可忍,溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重,讓世界各國政府推出新的碳排放法規,不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號,許多車廠被迫積極開發電動車,彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題,豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作,許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋,所以電動車真的是未來環保的新希望嗎?事實恐怕和你想的不一樣?
電池的構造與原理
所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極),基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion),電子流入元件可以推動元件工作,也就是我們所稱的電能,如圖一(a)示;陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極,如圖一(b)所示;最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合,如圖一(c)所示。
電池的陽極(Anode):是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode):是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。
兩者恰好相反,千萬別弄錯了唷!大家可能會好奇,為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢?因為化學家定義放出電子的叫「陽極」;而陽極放出電子,代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸),所以物理學家稱陽極為「負極」。
不同的鋰電池主要是陰極材料不同
不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同,目前最常用的陰極材料共有四種:鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4),其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池,其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物,而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體,負極材料一般是使用石墨。
固態鋰電池未來發展值得關注
由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體,容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題,而固態鋰電池的電解質是固體,不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸,而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量,此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性,不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液,需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。
電極材料與液態電解質容易完全接觸,但是和固態電解質接觸不如液體,造成介面阻抗過高,影響整體電池效能,而且固態電解質製程良率低價格高,仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車,美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利,能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍,法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池,德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術,QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲,由於廠商投入資源研發未來發展可期。
電動車的普及有賴電力基礎建設
電動車要充電,但是如何充電是個大問題,像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤,使用者可以到電池交換站自行更換電池,但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上,只能以定點充電的方式進行,即使目前的規格要求在1小時內完成充電,使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。
如果必須把車開回家在停車場充電,最大的問題是目前的電力基礎建設不足,假設大樓停車場有100個停車位,每個都設置插座,當100台電動車同時充電時,大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流,因此整個電力基礎建設,包括:變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成,聽起來就不是短期內可以做到的事,可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池,當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電,考慮到成本與安全,大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。
電動車不會排放廢氣 更環保而且節省能源?
由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中,再以「電源供應器(PSU:Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電,如果使用的是交流馬達,則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電,每一次的電源轉換效率大約80%~90%,因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO:Institute for Economic Research)發布的一份研究報告,考慮電動車的碳排放量時,如果將鋰電池的生產製造、能量轉換,以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去,電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。
根據IFO的資料,最環保的能源形式是使用「甲烷」,也就是我們家裡用的天然瓦斯,它與一般的「瓦斯車」類似,差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量,而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低,是汽車製造商可以採用的環保能源,搞了半天最環保的竟然是瓦斯車,看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理,不過瓦斯車還是會排放二氧化碳,無法解決溫室效應的問題。
電動車只能改善空氣污染 無法解決能源問題
充電站裡的電是那裡來的呢?還是由發電廠來的,說來說去,又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供,核能目前被社會接受的可能性很低,在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠,因此又回到最原始的火力發電,不論是使用天然氣或煤碳,最後還是免不了要造成空氣污染的,因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染,轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電,這是應該做的,只是核能電廠要除役,太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠,沒辦法多出來給電動車使用。
汽柴油車與火力發電廠最大的差別,在於對污染物的控制,汽柴油車滿街跑到處噴廢氣,只能使用觸媒轉化器進行處理,由於價格與體積的限制,無法對廢氣有效回收處理;而發電廠是將廢氣集中處理,可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理,污染的確變低,因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染,再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步,發展電動車仍然是重要的選項之一。
氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重
傳統電池直接使用化學反應產生能量,優點是能量轉換效率很高(80%以上),但是充電需要比較長的時間;而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量,優點是可以直接補充燃料,但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下),科學家開始思考,有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢?於是燃料電池從此誕生了。
燃料電池和傳統電池的原理相同,都是將活性物質的化學能轉換成電能,但是傳統電池的電極本身是活性物質,會參與化學反應;而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已,並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應),必須將活性物質加入電池內,就好像我們的汽車補充燃料一樣,才能產生化學反應形成電能,是一種要補充燃料的電池,故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。
儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油
燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水,反應後排放的氮化物或硫化物極少,幾乎沒有任何污染,因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題;因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶,可以取代氫氣鋼瓶,Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai,創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄,已經是成功的商品了,那麼它的問題到底在那裡呢?
首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題,氫氣的來源則是更大的問題,大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣,問題是電解水產生氫氣的成本很高,而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本,目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」(Steam reforming)的方式分解生產氫氣,搞了半天還是要以石油做為原料,看起來人類要擺脫石油還真困難。
為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車?
很有趣的現象,世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車,為什麼是這個時間呢?主要還是覺得前面介紹的這些問題,包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠,或是太陽能、風力發電等新能源開發,大約需要20年時間,因此選擇了這個時間點,問題是如果時間訂定了,卻沒有看到政府加蓋發電廠,那時間到了要怎麼辦呢?
不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」,還有一門不可言傳的心思,那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍,但是眼見要解決這個問題困難重重,宣誓「2040 年」禁售汽柴油車,等於是給老百姓一個交代,反正2040年是 20 年以後的事了,到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人,這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」,何樂而不為呢?
能源問題人人有責 不能把責任推給政府
經過前面的介紹,大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單,政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車,而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於:電價太便宜,造成使用者沒有節約用電的習慣,各種價格較高的「家庭能源管理系統」(HEMS:Home Energy Management System)乏人問津,電價如果真的大漲又會造成物價波動,受限於選舉與政治因素,要讓電價上漲也是困難重重,只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣,才是最有效的方法。
責任編輯/周岐原
完整圖文內容請見:
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole
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離子氮化優點 在 【吉米】 旅行攝 Facebook 的最佳貼文
【LG PuriCare 360°空氣清淨機 】就像藝術品般漂亮又美型,360度強力過濾、過濾效率高又靜音,解決大空間空氣品質問題
♥吉米全家人都是過敏兒,感覺我們的身體就是空氣品質偵測器,只要空氣品質不好,就會打噴嚏個不停,因此非常需要一款厲害的空氣清淨機,但吉米家是客餐廳開放式空間,樓梯也跟客餐廳連通,因此符合空間需求又要過濾效果好的空氣清淨機,體積通常會比較大,因此吉米心想既然都隱藏不了,不如就選台漂亮的擺出來吧!
♥這台外型如藝術品般的【LG PuriCare 360°空氣清淨機】完美的解決了吉米的問題,擺在客廳裡超美,大家都還以為吉米放了台無指向性的百萬音響,但這台可是中看又重用,可以360度強力過濾空氣,過濾效率高又快,出風口有上方及中央兩個,若喜歡坐在地上或是家中有嬰兒會在地上爬行的,這款空氣清淨機的下層出風口能直接將乾淨空氣吹送至80公分以下低處位置,讓潔淨空氣迅速佈滿整個空間
♥清淨循環扇可以向上立起及左右旋轉,最遠可以吹送到7.5公尺遠,將乾淨的空氣吹送到空間中每個角落,不只更加增進空間中空氣對流、感覺冷氣的冷房效率也被提升啦
♥濾網是360度無死角環形設計,寬度大而且皺褶數又多,因此過濾效果非常好,同時也是三合一設計,包含抗菌保護濾網/抗敏HEPA濾網/多重高效率濾網,可淨化小至0.02微米的粉塵,極細粉塵(PM2.5)去除率高達99.9%以上,還會釋放奈米離子全方位淨化,另外也能濾除像是裝潢的異味(甲醛、甲苯等)、生活異味(乙醛、阿摩尼亞)及霧霾有害物質(二氧化硫、二氧化氮)
♥重點是這台還同時用上了兩個濾網,過濾效果可說是暴力等級,CADR值高達730m3/h,一般來說過濾效率高往往伴隨著較大的噪音,但這台卻很靜音,我想是其360度濾網設計加上有兩個出風口,因此可以讓過濾效果與靜音兼顧,這對怕吵的吉米來說又多了一個大優點,真是讓人感覺魚與熊掌兼得了
♥懸浮微粒感應科技可以精準偵測至PM1.0的懸浮微粒,四色燈號顯示清楚又有質感,可以使用遙控器控制,另外也可以使用手機ThinQ app來進行遠端控制及監測空氣品質,超方便!
♥整體來說這台【LG PuriCare 360°空氣清淨機 】就是漂亮美型、過濾效率高又靜音,若家裡是客餐廳開放式空間設計的話,這台只要一台就夠,擺起來就像一個漂亮有質感又高級的裝飾品,是上得了廳堂、下得了廚房的上上之選,目前母親節百貨買家電有便宜打折,還滿額送禮券,非常划算。
♥官網介紹:https://www.lg.com/tw/small-appliances/lg-AS951DPT0
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咦?#我的狗狗好像尿不出來?牠怎麼了!?
牛奶(化名)是一隻快要16歲的未結紮貴賓犬,牠的爸爸媽媽近日來因工作繁忙,所以都是牛奶的阿媽在照顧牠。
這一天,阿媽發現牛奶不吃不喝,而且沒有辦法正常排尿。阿媽立刻先帶牠去家附近的動物醫院就診,醫師判斷牠有尿路阻塞的可能,建議需立刻轉診做進一步處理。牛奶的爸媽非常焦急,立刻安排了轉診的動作,在傍晚到達本院。
牛奶到院時,後腹部鼓漲,觸診時有疼痛感,擠壓膀胱,會有尿液滲出,但是尿柱不順。直腸觸診攝護腺,發現攝護腺腫大,可能因未結育引起。緊急上好靜脈留置針後,接血進行檢驗,由血液學檢查發現,白血球總數為2萬8(正常為1萬6以內),尿素氮(BUN)指數已超標,為156mg/dL(正常要小於25),而肌酸酐(CREA)為2.1(正常為1.4)。放射線檢查可見尿道及膀胱有大量結石,先進行超音波膀胱穿刺將尿液抽出釋放膀胱壓力。便立即安排導尿及膀胱鏡結石取出。
病患在導尿期間,可能因脫水導致循環不良,血壓及血氧均偏低,隨時有休克之狀態,施打強心及升壓藥後,病患逐漸穩定,便立即轉至微創手術室進行膀胱鏡結石取出。尤於合併攝護腺腫大,在麻醉穩定下,便一併進行公狗睪丸移除術。
病患於術後仍需安裝導尿管,因爲仍有尿毒過高及尿崩之狀態,需嚴格監控尿量。
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下泌尿道疾病泛指膀胱與尿道的疾病,通常會引起排尿困難、頻尿、尿痛、血尿或尿失禁,如果是膀胱破裂,更會引起全身性的疾病,例如厭食、嘔吐、下痢等臨床症狀。當狗狗出現這些症狀,請立刻就醫檢查及治療。
而牛奶的排尿不順,最明顯的主因是膀胱結石。結石種類有很多種,發生率最高的為草酸鈣結石與磷酸銨鎂結石。
#草酸鈣結石
可再區分為單水草酸鈣與雙水草酸鈣,在放射線攝影下通常為多結石影像,結石形狀不一,引起草酸鈣結石的原因不是因為細菌感染,但是結石的存在會影響膀胱的免疫系統,造成二次性的細菌感染,母犬比公犬更容易受到感染。近年來的統計結果,發生草酸鈣結石佔所有結石的比率約為41%,公犬發生的比率約為70%,高於母犬的30%,而且特定品種更容易發生草酸鈣結石,如西施、博美、拉薩犬、迷你雪納瑞、約克夏梗、比雄犬、迷你貴賓犬與吉娃娃等;排尿量少的犬也較容易發生草酸鈣結石。尿液中含有高鈣或高草酸濃度的狗,容易產生草酸鈣結石,引起高鈣尿的原因為1.鈣的吸收增加,2.腎臟排除鈣離子,3.骨骼釋出鈣離子。而高草酸尿通常是因為飲食中的養分,藉由肝臟代謝後產生草酸根,經由腎臟過濾後釋放至尿中。
#磷酸銨鎂結石
又稱為感染性結石,是尿路感染了urease的有機體後,引起結石的產生,放射線下的影像為光滑、面體或錐體的影像。近年來統計結果,發生磷酸銨鎂結石佔所有結石的比率約為40%,母犬發生的比率約為71-85%,高於公犬的15-29%,特定的品種如西施、迷你雪納瑞、迷你貴賓、可卡等,較易發生。
發生磷酸銨鎂結石的病犬都有下泌尿道感染的問題,通常為葡萄球菌的感染,假單孢菌、克雷伯氏菌與棒狀桿菌的感染也會發生磷酸銨鎂結石。
#攝護腺肥大
關於節育對動物的優點跟缺點,在獸醫學一直都有相關論述。而近幾年更針對什麼物種甚至什麼時機點節育也有相關研究。以母貓來說,有研究指出,在第一次發情前就進行母貓絕育的,可預防惡性乳房腫瘤達9成以上。但是以大型犬來說,其關節生長需要有荷爾蒙的協助,且生長板關閉時間可達24-36個月才逐漸關閉。若一歲前過早節育,可能會影響骨關節之發育。
而以臺灣的動保法之修改,是在2015年才改成飼養寵物犬貓之民眾,若非合格之繁殖者,或沒有健康因素,則需全面節育。此一法令頒布是為了避免民眾之私自繁殖,或是棄養寵物,造成流浪後在野外繁殖。而在民國97年以前出生的犬貓在此法令公布時,距今至少都11歲以上的老年動物,因此,在節育的時刻,更要因為其身體因素而有所考量,以臺北市而言,對老年動物的結育,則有其通融處,可請獸醫師評估後,若麻醉風險甚高,則可提出申請報備。
以牛奶的情況,其家人能立即給與其醫療照顧,若是因疾病需求,當然可順道一併進行節育手術。至於同樣有老齡犬貓的飼主,若寵物在獸醫評估下,是可麻醉進行手術的,對於母畜的子宮蓄膿,公狗攝護腺腫大或膿瘍,的確有預防之處。
不論如何,當一個負責的飼主,提供寵物良好的照顧是最基本的事。感謝牛奶的家人願意分享牠這次生病的經歷,希望牠能克服急性腎臟損傷,早日回家與家人團聚。
#定期為老年寵物健檢
#除了血液檢查也要加上影像學檢查