【環保運輸】火車的未來科技

■ 火車，這個舊時代的產物或許可以帶來新時代的環保構想。它比一般陸地車輛運輸的廢氣排放少三分之一，負擔了地球百分之七的交通，但只排放百分之0.2的一氧化碳，百分之二的氮氧化物以及百分之一的有機化合物。目前世界上大多數火車都靠柴油引擎牽動，但是未來可望使用更乾淨與節能的機種。

　　已有好幾家公司投入提供火車動力的「氫燃料電池」開發，氫動力火車 ( hydrail ) 係運用氫燃料電池，藉由電化學催化反應，氫燃料與周圍環境中的氧相混合，產生電流後轉化為動能，故無須如現行火車運輸般大費周章建置周邊設施。和柴油火車不同，燃料電池動力火車唯一會排放的廢棄物，就是水。東日本旅客鉄道株式会社已經在一條載客線進行混合燃料電池火車測試。加拿大也計劃發展燃料電池火車，預定於二○一○年的溫哥華冬季奧運會時提供服務。

　　丹麥可望成為全歐首先發展出氫燃料動力火車的國家。丹麥氫火車計畫 (Hydrogen Train project)發起人之一托班森(Claus Torbensen)表示，此型火車最終的淨廢棄物排放量，將可降低到零。

　　氫動力火車開發現階段面臨的較大問題為，大部分氫氣仍須產自甲烷這種非永續資源，因此未來努力目標是利用可再生能源製造氫氣，例如利用風力渦輪動力來電解水，將氫氣分離出來。

未來回頭再用蒸氣

　　這或許讓人難以置信，但回頭採用蒸氣動力，將可減少某些廢氣排放。英國的5AT計畫打造出新一代蒸氣引擎，靠燃燒柴油或瓦斯油(一種輕裂燃料油)來取代過去燃燒煤炭來推動引擎，可克服舊型使用蒸氣動力的缺點，並改良柴油牽引動力機的動力及廢氣排放。

　　比起柴油引擎，雖然蒸氣引擎需要更多燃料來推動，也會產生更多的二氧化碳，但是其燃料幾乎可以百分之百燃燒，不會產生餘烟，也就不會產生氮氧化合物。5AT計畫小組成員紐曼(Chris Newman)表示，「因此5AT比柴油牽引機更環保，雖然目前計劃『新型蒸氣火車』只用於取代使用蒸氣引擎的載客火車，但長遠看來終究會取代柴油貨運列車」。

人的能量

　　火車站和火車一樣，運作都需要電力，東日本旅客鉄道株式会社已進行如何提升火車站能源使用效益的研究，並發展出利用通勤者行經自動十字轉門時對地面產生的振動力，經由裝置在地面踏板中的壓電元件，將腳踏重力轉換成電流。在東京車站實驗結果，每天約有四萬人通過踏墊，可產生一萬瓦秒─足夠一個一百瓦燈泡點量一百秒。若加大踏墊面積，以這種方式將可產生足夠支應資訊看板及出入票閘口所需的電力。

　　別小看不起眼的調速輪，它可能發揮大幅降低廢氣排放，並節省耗能的功效。方法是將調速輪連結上傳動軸，因煞車所流失的能源可轉存為動能，進而轉動調速輪。當火車減速時，調速輪的轉速推升為每分鐘四萬兩千轉，產生阻力讓火車減速。也可以利用如電動汽車的煞車再生能源原理，將能源儲型態由電力變為動能，以減少能量變成為熱而流失。這些能量需要時可以再釋放出來驅動火車或驅動電力馬達。

油電混合車的新希望

　　至於車箱方面，柴油引擎及煞車再生的電能，可以被儲存後用於驅動電車，並在車輛加速時提供額外電力。日本北海道旅客鉄道株式会社已領先利用新一代柴油-電力混合動力科技，成功運轉客運火車。此運作採用最先進的能源混合運用概念，儲存足夠電能以便在停靠車站的長時間中關掉柴油引擎，因此耗能及躁音均大幅降低。當火車離站時，一開始完全靠電力馬達推動，當車速推升到每小時四十五公里的時候，再啟動柴油引擎。

　　北海道旅客鐵道株式會社表示，與傳統的柴油-電力混合動力火車相較，此新種運作方式下，燃料消耗及廢氣排放均可降低百分之二十。

　　位於加拿大魁北克省的RailPower公司，則研發出一種混合動力系統，宣稱可達到柴油耗用減少百分之六十，氮氧化物排放減少百分之九十的功效，其為轉軌而設計的「綠山羊」(Green Goat)火車，只靠電動馬達來驅動火車，柴油引擎僅用於充電。該公司表示，每用一輛「綠山羊」列車取代傳統柴油動力火車的出勤任務，每年的溫室效應氣體排放就可減少兩百七十一噸。

磁性吸引力

　　最尖端的科技是利用磁浮原理驅動火車。火車是靠一套內建由電磁系統構成的線性馬達驅動，其運作方式係透過永磁及電磁的組合，產生排斥力使火車懸浮於鐵軌之上。火車靜止時是停在鐵軌上，當火車開始行進時，排斥力會逐漸增加，直到車輪脫離鐵軌懸浮於其上。此運作方式的最大優點為，在阻力方面，得以排除車輪轉動和鐵軌接觸產生的摩擦力，只剩空氣阻力和電磁拖曳力，也因此磁浮列車在低速行進時安靜無聲，加速後更前進可達到每小時五百公里。

　　目前中國、日本及德國均已有磁浮列車正式運行。磁浮列車的運行，需要採用與傳統鐵軌完全不同的鐵道設備，因此成本高昂，但其運行所排放的廢氣，卻只有柴油火車的四分之一，大約和最先進的傳統電力火車效能一樣。更由於其全靠電力驅動，未來將可完全仰賴可再生能源供應電力，實現零排放廢氣的理想。

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原載於【知識通訊評論月刊七十二期】2008.10.01

延伸閱讀：日本的鐵道車種（日文維基）、All Aboard the Eco-Express: Rail's Hybrid Energy Solutions