Hybrid複雜、電車里程焦慮!天然氣引擎便宜又潔淨《Audi A3 30 g-tron》預約未來(二)

 

▲相較於汽油引擎,改用天然氣引擎對人體有害的毒廢氣排放瞬間減少40~100%!節能功效則是提升10~15%,大幅降低對環境的衝擊。可惜天然氣目前仍不適合用在飛機的外燃機,無法取代航空燃油。

接續上回的問題,A3 Sportback 30 g-tron天然氣引擎既然可以承受高壓縮比而不產生爆震,那麼Audi原廠為何還在此引擎身上注入「米勒循環」架構,也就是進氣汽門延遲或提前關閉系統,藉此調節引擎壓縮比,變化範圍約12.5~9.5:1之間。答案就是A3 Sportback 30 g-tron的引擎乃是「天然氣+汽油」通吃!沒錯,此車正是雙燃料動力,車尾具備傳統油箱與高科技「外玻璃纖維+內碳纖維桶」儲存液化天然氣,而且可以單獨使用天然氣或汽油運行(包含生質甲烷),也可以混著使用不會打嗝或放屁,這才是真正實用的天然氣動力,絕非台灣早期的瓦斯車所能比擬。

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▲相對於汽油引擎,天然氣動力引擎成本較低、燃料儲存代價較高,但是在大量生產之後,新車價格可望低於汽油動力車款。

▲Audi A3 Sportback 30 g-tron採用雙燃料系統,可以單獨使用天然氣或汽油,也可以「半筋半肉」Hybrid混合使用。

汽油+天然氣  雙燃料引擎是王道!

雙燃料引擎有何好處?先來談談此引擎的工作原理。A3 Sportback 30 g-tron以純天然氣運行時,乃是先將壓力達200bar的液化天然氣釋放至減壓鋼瓶中,將壓力降低至5~9Bar先行汽化,接著再注入引擎內燃燒,並非將高壓液化天然氣直接注入燃燒室內,降低燃燒不完全產生碳粒PM污染問題。

但是當液態天然氣快要用盡時,鋼瓶壓力會降低導致供氣量不足,低轉速低負荷狀態下尚無疑慮,但此時如果遇到爬坡、超車、高速行駛則是相對吃力甚至有危險性。此時汽油將適時發揮動力輔助功效,助天然氣一臂之力,不過這種混搭使用情況其實不多,僅有在大腳油門加速時比較容易出現,而且駕駛者並不會察覺到任何異狀,加速順暢依然是A3 Sportback 30 g-tron的一大特色,否則很難獲得消費者的認同。

然而當天然氣用盡時,A3 Sportback 30 g-tron並不會立即停擺,可以靠9公升的輔助汽油箱將愛車開至最近的加氣站,如果9公升備用汽油還是開不到加氣站,好歹可以先找附近的加油站補充少量汽油繼續前行,降低燃料用盡死在半路的機率。

目前德國共有850座CNG天然氣加氣站,一半以上兼販售生質甲烷,加氣站數量仍在持續增進當中。此數量看似充裕,但分散至德國各地則是顯得零星,所以「雙燃料動力」仍有其必要性,否則A3 Sportback 30 g-tron還是很難行駛至郊區等偏遠地帶。目前台灣一共有2480座加油站(不含地下油行),從國土面積與密度來看,目前德國的加氣站數量確實還沒有達到普及與便利的程度,因此天然氣車輛短期內仍不會出現大量成長的態勢,但市佔率絕對會持續攀升,因為燃料開銷省、環境污染低。

▲Audi A3 Sportback 30 g-tron新車售價略高於同引擎的汽油車款,主因在於安全但是昂貴的雙碳纖維儲氣桶,隱藏於行李廂底部,不會大幅佔用行李廂空間。前方的鋼瓶是汽化用途,高壓液態CNG不能直接注入引擎燃燒,必須先在鋼瓶中先行汽化,再以氣體型態注入燃燒室。

天然氣引擎  污染低、耗能低、成本低

車型 引擎與動力 二氧化碳排放量 NEDC平均油耗 0~100km/h NEDC續航力 售價
A3 Sportback 35TFSI 1.5T直四150hp、25.5kgm 111~116 g/km 22.2~19.6km/L 8.4秒 800km以上 2.89萬歐元起
A3 Sportback 30 g-tron 1.5T直四129hp、20.4kgm 99~96 g/km 27.8~28.6km/kg 9.7秒 495km 3.07萬歐元起

從平均油耗成績來看,A3 Sportback 30 g-tron的節能表現看似達到柴油動力的水平,但眼尖的讀者一定會注意到單位上的差異,汽油動力乃是以「公升」計算,天然氣動力則是用「公斤」計算,經過換算後,選擇A3 Sportback 30 g-tron可節省約10~15%的燃料開銷,此節能幅度看似不高不低,但是再考量燃料價格差異之後,使用天然氣動力大約可以省下40~50%的燃費開銷,但是新車售價僅差一咪咪,完全不怕沒有人關注!

為了享有更多的補助與優惠,A3 Sportback 30 g-tron因此調降馬力,讓二氧化碳排放量低於99g/km,副作用就是影響加速性能,0~100km/h衝刺表現略遜於A3 Sportback 35TFSI汽油動力。此外,A3 Sportback 30 g-tron的雙天然氣筒總容量僅有14kg,續航力夠用但不及汽油動力,未來天然氣儲存桶的容積仍有進步空間,比如說做成長方形設計增進容積效益,另一方案為加大油箱容量。

以上是消費者觀點,但是站在政府或車廠的立場,則是希望天然氣動力大量普及。首先,天然氣成分比起汽油來說相對單純,而且硫化物含量非常低,因此天然氣動力相對於汽油動力,溫室氣體CO2排放量可以減少10%以上、燃燒不完全的HC污染可以降低約80%、硫化物SO2減少75%以上、硫化物SO減少99.99%,重金屬鉛Pb排放直接降至0、影響肺部功能的碳微粒PM排放減少40%以上、CO排放減少80%以上。看完這些數據許多讀者可能霧煞煞,簡單來說,汽油引擎就算加上電能輔助設計成Hybrid動力,廢氣排放依然達不到天然氣引擎的水準!如此潔淨且價廉的優質能源,政府為何不推廣?因此德國不斷興建加氣站就是這個原因,許多人也斷言:未來數十年,誰掌握了天然氣能源,也就掌控了世界!

站在車廠的立場,只要小幅修改引擎、油箱、儲氣桶,天然氣動力車就大功告成,比研發Hybrid動力容易許多,而且幾乎是每一款汽油動力車款略加修改,都可以變成天然氣動力車,當數量龐大、呈現量產規模後,天然氣動力車款價格可望比汽油動力車款更便宜,推廣上絕對比Hybrid、電動車更容易,而且能夠通過嚴苛的環保法令。

以目前的科技來說,全面汰換電動車或是全面汰換天然氣車,何者的污染比較低?購車與用車成本比較經濟?消費者接受度高、衝擊性低?此問題值得深思!

▲駕馭過程中,不論是油、氣Hybrid燃燒狀態,或是純油、純氣燃燒狀態,駕駛者並不會感受到異狀,也不需要手動轉換,電腦會自動判斷。

瓦斯車曇花一現?  燃料品質是關鍵!

要瞭解台灣昔日的瓦斯車為何幾乎消失殆盡,首先要來說明一下天然氣的分類:

LPG (Liquefied Petroleum Gas) 液化石油氣,從煉油廠收集的氣體或蘊藏於地下的天然氣,包括開採油田的伴生氣,經過加壓、降溫、液化得到的無色揮發性氣體,主要成分為丙烷與丁烷的混合物,伴隨少量丙烯、丁烯、戊烷、戊烯、微量硫化物及其他雜質,純度最差,主要用途為家用或營業用桶裝瓦斯,如果要應用在內燃機上,必須經過加工純化處理,不屬於潔淨燃料。

LNG (Liquefied Natural Gas) 液化天然氣,以低溫液化方式儲存與運輸,主要成分為甲烷,比例達81~99%,其他成分則是少量的乙烷、丙烷、氮氣,屬於潔淨能源,燃燒後的污染問題輕微,應用範圍相當廣,從工業、農業到民生用途皆可。

CNG (Compressed Natural Gas) 壓縮天然氣,將LNG汽化與壓縮之後,以高壓型態儲存備用,使用前必須先降壓汽化,因此CNG與LNG的成分一模一樣。甲烷易燃,而且是溫室氣體(威力是CO2的21倍),亦是取代性氣體(會造成動物窒息),因此儲存與使用上必須小心。

基本上LNG與CNG為同一種東西,差別在於儲存方式前者為低溫、後者為高壓,A3 Sportback 30 g-tron所使用的燃料正是CNG。甲烷的熱能數值不輸汽油與柴油,而且燃燒過程更為完全、利用率更高、抗爆震能力又強,CNG引擎的性能表現其實可以超越汽油與柴油引擎,只是甲烷燃燒溫度頗高,工業方面都是用來燒陶與煉鋼,全功率輸出狀態下一般引擎受不了,為了耐用度考量,A3 Sportback 30 g-tron的性能調校偏向保守,主要是朝向節能、可靠、耐用、低成本等目標發展。

昔日台灣所推動的「瓦斯車」使用燃料為LPG,而LPG的熱能數值僅約汽油的80%,加上當時的瓦斯車引擎都沒有提升壓縮比,所以「沒力」是正常的現象,不適合爬坡、高海拔地區、國道高速行駛。此外台灣的LPG成分「很不單純」,合乎標準的廠商少之又少,散熱系統也沒有配套設計,一般汽油引擎局部改裝直接使用LPG,引擎壽命會出問題,最終「加速沒力+耐用疑雲」成為壓垮台灣瓦斯車的二塊巨石!

至於其他缺點則是瓦斯桶佔用行李廂空間、加氣站數量極少等,但是瓦斯計程車確實讓司機們大幅降低燃費開銷,可惜省下的錢,最後都拿來修引擎了!目前全球使用LPG作為車用燃料的比例越來越少,而且LPG的價格並沒有比CNG便宜!

目前政府相關單位早已開始研究CNG車輛上路的可行性,但目前確實僅處於「研究階段」沒打算實行,但就長期發展來看,未來電動車推廣如果遇到瓶頸(如充電時間長、快充車位少、續航能力差),此時CNG動力應該是比Hybrid更好的替代方案,光是新車售價就贏了!

事實上目前關注CNG動力的廠商不只Audi,其他像是Hyundai、Suzuki、Honda、Fiat、Volvo…許多車廠都有自家CNG市售車,不過目前CNG動力應用最為普及與成熟的領域還是商用車,未來幾年台灣如果出現CNG公車請不要大驚小怪!其實CNG公車很容易辨識:其一,車尾不會噴黑煙,也沒有難聞的廢氣;其二,引擎聲音比傳統柴油引擎安靜許多。除了節能環保以外,乘坐感受也更為舒適。

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▲不需要等到Audi A3 Sportback 30 g-tron引進台灣,如果真的有市場,國產車會先上!不過經歷數十多前的瓦斯車風暴,初期國人的接受度應該不高,台灣的天然氣純度也需要考量與觀望!

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