在实现碳达峰、碳中和「双碳」目标驱动下,低碳排放的新型交通运输工具近年发展迅速,而氢能车更是当中焦点。由燃油车过渡至电动车,进而透过氢燃料为车辆提供电力,当中的动力系统技术需要持续转化提升,以确保稳定高效的运作。为此由香港生产力促进局营运的汽车科技研发中心(APAS)自主研发了适用于电动叉车的高效率氢燃料电池混合动力系统,不单可大幅减少运输物流业中叉车排放污染物的问题,并能利用人工智能(AI)运算,策略性编配氢燃料电池和锂电池混合使用,以达至更高的成本效益并延长系统寿命。系统并获得多个国际奖项,负责团队希望能落实商品化,进一步推动绿色运输的愿景。◆香港文汇报记者 钟健文
氢燃料电动车是氢能发展最热门的应用之一,香港今年开始在路面试行首辆双层氢能巴士,吸引了社会大众关注。而在产业运作层面,在运输物流业不可或缺、用作搬运的叉车,亦是应用技术研究的重要对象。生产力局首席创新总监兼APAS行政总裁张梓昌接受香港文汇报专访时介绍说,现时叉车主要由柴油驱动,会排放大量粒子和氮氧化物,所造成的空气污染相当严重;另外虽然有小部分低碳排放的电动叉车,但电力用尽后却需要长时间充电,对于分秒必争要尽可能发挥叉车搬运功能的业界来说,并不符合成本效益。
加氢3分钟 运作两小时
针对这些难点,中心结合氢能研发出高效的混合动力系统,将之整合到叉车中。张梓昌指,透过氢燃料电池可让叉车维持稳定运作,而配备的锂电池组可提供额外动力使叉车能高效加速、爬坡和提升重物,即使面临氢气耗尽,叉车仍可使用锂电池驶到加氢站补给,整个加氢过程只需3分钟,便能投入运作约两小时,「这大大地减少叉车的停机时间,对节奏急促紧凑的业界来说是比较理想的安排。」
他续指,在氢燃料电池之外,团队亦为系统研发相应的电子控制系统,利用人工智能的运算方式,因应不同的场景和负载环境(load profile)调较输出电量和用氢量,并能策略性地判断系统的氢燃料电池和锂电池组,根据当下情况来混合或个别使用以符合成本效益,从而做到保护电池、延长系统寿命以及降低运作成本。
一公斤氢气可转约16度电
张梓昌表示,现时系统中的氢燃料电池能量转换率达50%,一公斤氢气可以转换成约16度电,等同让一辆双层巴士行驶10公里,至于电池寿命视乎使用环境,预计可达一两万小时。而系统能适应不同吨位及类型的电动叉车,亦可供电动高尔夫球车以至电动清扫车和小型垃圾车等使用。
张梓昌又提到,配合系统及氢能车发展,APAS亦研发了氢燃料电池电动车充电器,是香港首个利用氢气作为发电能源为电动车提供行驶所需电能的充电器,其应用了质子交换膜燃料电池技术,将氢能转化为电能,不须额外功率转换亦不用连接电网,便能为电动车快速充电,甚至供电予其他用电设备,协助解决业界的高碳排放问题。
有关混合动力系统获得多个国际奖项,包括首届氢20国际氢能产业(深圳)领袖峰会·国际氢天奖最佳示范项目奖、国际期刊《Journal of Energy Storage》最佳论文奖,以及第四十八届日内瓦国际发明展铜奖。
张梓昌希望,项目在未来可以商品化及广泛使用,让业界受惠的同时,更有助社会减碳,应对气候变化的挑战。