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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《法課化學小教室時間》

身為一個醫師，在醫院會見到大大小小各式各樣的鋼瓶，跟大家解釋一下鋼瓶顏色。

黑色是氧氣或空氣。
灰色是惰性氣體，如氦氣。
紅色是可燃性氣體，如氫氣。
綠色是 #二氧化碳。

#藍色才是笑氣，我知道你們在想什麼，#禁止一切的不可以。

順便一提，笑氣有 #畸胎性，所以我的經驗裡幾乎所有醫院都不用了，因為手術室護理師、麻醉護理師都是育齡女性居多。

#絕對不是看到鋼瓶就以為是什麼土製炸彈。

請勿以訛傳訛，造成民眾恐慌，

另外，雖然二氧化碳的鋼瓶壓力不會很大，但拿來敲人是絕對禁止的危險行為喲~

最後最後，其實鋼瓶空瓶就很重， 如果一般家庭使用可以考慮買 #鋁瓶，才不會那麼重。

專業好文

死亡的禁區，聖母峰上的致命塞車

【本篇文章摘錄自王士豪醫師最新力作《瘋高山：登山狂醫師私房安全攻略&高山紀行大公開，讓大人小孩都能放心入山》，康健出版，6月即將上市，敬請期待。】

2015年4月以前，從尼泊爾聖母峰南側路線在登頂聖母峰山頂前，最後、最高、最難的一關，是在海拔接近8800公尺，距離聖母峰山頂僅60公尺，高度有12公尺高，幾乎垂直的岩石斷面——希拉瑞台階（Hillary Step）。希拉瑞台階一路上要用冰雪岩混合攀登才能突破爬上去。這一個關卡，是以往爬聖母峰登頂前的最後大魔王，也是最客觀、最無情的技術天險與技術門檻。即使登山客再怎麼有錢，聘請再多雪巴，買再多氧氣鋼瓶，如果自己的技術水平不夠，大家也會因為這個技術門檻的存在，不太會因為口袋很深，就一窩蜂地去爬聖母峰。

然而，在2015年4月，芮氏規模7.9的尼泊爾大地震。把希拉瑞台階震崩塌了，「希拉瑞台階」變成「希拉瑞雪坡」，變成一個難度大大降低的坡面。聖母峰的最後大魔王不見了，登頂難度瞬間降低，登山客們趨之若鶩，因此從尼泊爾攀登聖母峰的人數年年攀升，直到今年攀登季節達到歷史新高。

而死亡人數也達到新高，為什麼？就人數多了點，塞車而已，大家也都還有氧氣，為什麼會要人命？

在海拔八千米以上的地區，又稱為死亡區，在這個高度以上的地點，大氣壓力只有平地的三分之一，人們能利用的氧氣也相當於只有在平地的三分之一。人類在這個高度活動，即使靜止不動，也多半需要氧氣才能存活，只有最頂尖的登山家，例如呂忠翰、張元植，才有辦法在這個高度，不靠額外的氧氣，能存活，甚至還能爬山。

然而，以聖母峰為例，八千米登山者爬的山真的只有8,848公尺嗎？在地理學上當然是，但如果是以生理學的觀點來看，他們爬的山，不只8,848公尺！

為什麼？

因為，人體如果從事劇烈運動，身體需要的氧氣量增加，因此，在高海拔地區從事劇烈運動，會讓原本就稀薄的氧氣，顯得更不夠用，而使得身體實際感受到的高度，會比實際上地理上真實海拔高度還要更高。在過去的研究指出，在海拔約4000公尺的高海拔地點從事劇烈運動，生理的海拔高度大約比實際地理高度高出500公尺之多，而這個差距，會隨著海拔高度上升，差距更大。

八千米攀登者，最高生理高度會發生在甚麼時候呢？答案就是登頂前的最後爬坡衝刺到山頂的那一段，如果是以聖母峰為例，大概就是希拉瑞台階到山頂那一段。這時候攀登者的生理高度，可能高達9,300公尺，甚至逼近10,000公尺！

攀登八千米巨峰額外使用氧氣，一言以蔽之，就是讓登山者的生理海拔高度降低。

在爬八千米的巨峰，在最後登頂日，通常在當地時間晚間九點左右起床，十點左右出發。利用夜間沒有陽光照射，冰雪坡因低溫凍結穩固，比較不會有落石或落雪的時刻來進行攀登。這時候，登山者的每一步，也可以藉著冰爪，牢牢地卡在凍結的冰雪坡上，步伐比較穩健，攀登起來比較安全。登山者登頂八千米巨峰的時刻，多半會落在上午六點到十點之間，而且登頂後立刻火速下山，下到海拔高度低於死亡區的安全營地時，多半已經是傍晚。因此，在八千米巨峰登頂日那一天，登山客暴露在氧氣只有平地的三分之一的死亡區的時間，大約是接近20個小時。

最高生理高度，就代表最容易發生高山症嗎？其實不一定，高山症，不會突然發生，是抵達一個新的高度後，逐漸發生的。因此，通常會是在最高生理高度後幾個小時內逐漸發生。如果是以攀登八千米巨峰來說，就是在登頂之後的下山途中，因為，已經停留夠久了，高山症差不多要發生了。而，下山時，也剛好就是氧氣快用完的時候。

在過去聖母峰的山難事件，不管是有使用氧氣攀登，或是沒使用氧氣攀登，最多人數死亡的時段，都是在下山時段。這是因為下山時，在死亡區的低氧暴露已經超過12個小時，這樣的暴露時間實在是太長了，不管是高海拔腦水腫、或是高海拔肺水腫，早就有可能會發生。有些登山客，甚至會發生原本毫無症狀，突然「當機」的現象。這特別容易發生在登頂完畢後，下山時間過久，氧氣用完的時刻。

這種「當機」是甚麼呢？

這是氧氣耗盡後，登山客因為生理海拔高度瞬間上升，造成的高海拔急性衰竭，又分為腦性高海拔急性衰竭及肺性高海拔急性衰竭。腦性高海拔急性衰竭，也就是突然昏迷，我稱為「高海拔腦當機」！肺性高海拔急性衰竭，也就是突然喘不過氣來，我稱為「高海拔肺部馬達縮缸」！這兩者一旦發生，登山者會瞬間沒力、昏迷、或是因為無法行動而快速失溫，最終導致死亡。

實際上，因為最高生理高度太高，暴露時間長，即使有使用氧氣，也有些登山者會「當機」。

因此，爬八千米的登山者，在登頂日那一夜一天（沒錯，從晚上爬到白天）的低氧暴露，實在是海拔太高、時間太長、運動量太大了、生理高度太高了！太危險，下山途中在死亡區的停留時間，也就是高海拔暴露時間，多一秒鐘都嫌多，多一分鐘都像一整天一樣難熬，都會增加死亡機率，容不下任何一絲一毫的延遲。

更何況是因為人潮擁擠，造成塞車。造成下山的時間拉長，讓原本足夠使用的氧氣耗盡。

2015年4月發生的那場尼泊爾大地震，讓原本攀登聖母峰的技術門檻希拉瑞台階震崩塌了，變成一個雪坡，大量登山者湧入，這包含了登山習慣不佳、腳程很慢的登山者。把聖母峰南側的攀登路徑擠爆。又因為他們技術不好、體能不佳，行動緩慢，造成下山時塞車，而讓所有人的下山時間延長，延長超高海拔的低氧暴露時間，造成在他們後面的許多無辜登山客因為高山病病發而死亡。

沒錯，這就像是公路上慢慢開的烏龜車三寶，更像是在落石不斷的山區路段，還遇到烏龜車，慢慢開，結果烏龜車自己沒事，反而讓後面的車子被落石砸到。

我這幾年來幫呂忠翰（阿果）和張元植攀登八千米巨峰的計劃擔任醫療顧問，在今年四月他們要出發去爬海拔8485公尺的馬卡魯峰（Makalu）當天，我塞給他們一個秘笈，茲公開如下，讓未來想去攀登八千米巨峰的朋友們參考：

「如果出現高海拔腦水腫或腦性高海拔急性衰竭或肺性高海拔急性衰竭時：打救命針（類固醇）、 下撤、求救、吸氧氣、沿途每六小時打一支救命針（類固醇）！」

上個月，我看到阿果和元植成功登頂馬卡魯峰（Makalu）後平安歸來，真的為他們感到非常高興。尤其元植最後放棄無氧攀登，改使用氧氣來爬，我更是深深覺得這是非常值得肯定的一件事情。我想，這是他們長年的攀登經驗之下，所做的成熟的決定。

其實，我常在講：「登頂誠可貴，無氧價更高，若為保命故，兩者皆可拋。」

在八千米攀登過程中失去性命，對登山者們而言應該算是一個還可以接受的浪漫歸途。

然而，活著回來，登山者才能把浪漫的故事，講給更多的人們聽，來激勵更多的人心。

登頂誠可貴，無氧價更高，若為保命故，兩者皆可拋。

活著回來，登山者才能把浪漫的故事，講給我們聽，來激勵我們。

山雲白袍健康顧問公司　
王士豪醫師　
2019.05.29