前言

台幣47元跑100公里！印度搶先生產「空氣汽車」

當這則新聞出現的時候，我非常的好奇它的工作原理，只是工作一忙給忘了研究這件事，直到最近電視上提到電動車的事，我才又想起這碴。根據新聞的報導，空氣汽車發明者尼可拉(Guy Negre) 表示，空氣引擎原理是靠著300倍的大氣壓的鋼瓶，加熱後氣體膨脹流進活塞引擎氣缸，帶動活塞運動進而推動車輛前進。同時汽車產生動力的過程都沒有任何燃燒發生，因此是不會有任何污染，甚至從排氣管中排出來的空氣，必先經過一個空氣過濾器，所以排放出來時，還比周圍其他的空氣更清新；而每一個壓縮空氣鋼瓶，大約能讓車子跑300公里，吸引人的是，空氣汽車造價只要新台幣 21 萬元，開100 公里的成本又只需要新台幣 47 元，可說是省到極點。

請注意新聞中提到的三個重點：

1. 300 大氣壓的鋼瓶。
2. 過濾過的清新空氣。
3. 開100公里只要新台幣47元的成本。

能量儲存的型式

我們知道一般吃油的汽車消耗的是燃燒的化學能，電車消耗的是電能。而空氣車消耗的則是壓縮在鋼瓶裡的彈性位能。如果這個說法成立的話？那麼存在鋼瓶裡面的空氣，應該是氣態的，而不是液態的。那麼 300 個大氣壓是什麼樣的概念？看倌如果還記得國中物理教的馬德堡半球，你就可以知道所謂一大氣壓大約是每一平方公分的面積上，承受一公斤左右的力量。如果以國際強壓單位來描述：

 1 標準大氣壓（atm） = 101,325 帕斯卡（Pa）= 0.101325 兆帕（MPa） = 1.01325 巴（bar）= 760 毫米汞柱 = 10339 毫米水柱 = 1.0336 公斤重（kg/cm^2）= 9.8 牛頓力（N）= 14.7 PSI（磅/平方英吋 (lb/in2)）

如果以市面上常見的氧氣罐 6.0M^3 的規格來說：

如果盛裝 300 大氣壓的氣體，則罐底將承受 11.5 x 11.5 x 3.14 x 1.0336 x 300 = 128,765.37 kgw 的壓力，我不知道現有的材質能不能承受這樣的壓力？但查詢網路資料結果顯示一般的氣瓶區分成：低壓（22psi/1.49atm）、中壓（230psi/15.6atm）、高壓（350psi/23.8atm）、超高壓（500psi/34atm）這幾種。

根據我的推測，像這種使用於空氣車的高壓氣瓶應該填充的是氮氣（用別種氣體如氧、氫成本貴又危險，用天然氣那就變成瓦斯車了，不在本文討論範圍），因為氮氣化學性質穩定而不容易發生化學反應，且是地球大氣中含量最多的氣體，在標準狀況下物理特性接進理想氣體。但是如右圖氮氣的三象圖所示，室溫條件下（一般定義為攝氏 25 度. 有時會設為300K (約27°C)）300 大氣壓時氮氣已進入超臨界區域，此時汽、液兩相的密度趨於相同，進而合併為一均勻相的狀態的『超臨界流體』。那麼此時的氮氣還適合用作為汽車動力嗎？

能量的轉換

正如剛剛所提到的空氣車的動力來自於氣體膨脹，而這個過程是需要吸收熱量的，如左圖杜瓦瓶所示當盛裝的液態空氣被阻隔熱源後可以長時間保持液態。所以如果空氣車的鋼瓶盛裝的是液態空氣的話，那麼在氣化的過程還有氣化熱的問題！？那除了將會是吸收更大量的溫度之外，你可能還要為鋼瓶加熱才能為汽車提供穩定壓力。可這樣一來車子必須額外添加加熱裝置與能量供給的來源，如電瓶等等。這樣划算嗎？所以我才假設鋼瓶所儲存的是高壓氣體，而非液態空氣。

另外，我查詢網路一般常見的空壓機，小台用於輪胎、營造、戶外噴漆用的大概只能提供 12 atm，如果是超高壓氣冷式的話大概也只能提供 35 ~ 70 atm，這時候空壓機的體積就變得很大了。說實在我認為並不太適合個人或加氣站來使用。還有使用過空加機的人都知道，壓縮空氣之前必須先過濾空氣，目的主要是爲了除去空氣中水分於雜質，以避免機械部件的堵塞與故障。這與新聞中所提到排放空氣時才過濾是不一樣滴。

以上面提到鋼瓶為例，裝滿壓縮氮氣之後可以讓車子跑多遠呢？此處為了計算方便，我們使用一個粗糙的數學模型。先假設氮氣在常溫、300 atm 壓力下為理想氣體。氣車採500cc 容量氣缸，使用 2 atm 壓力驅動氣缸活塞。那麼一個鋼瓶實際氣體容量為 299 x 40 = 11960 公升，可以維持 23920 轉，若汽車平均以 3000 rpm 來計，也就是大約 8 分鐘的行程！？這似乎與新聞中所說的似乎差距蠻大的！？

環保否？

從上面的推演我們得知，所謂的空氣車，不過是把電能轉換成氣體膨脹位能而加以儲存而已。如果電能的來源來自於再生能源？那麼空氣車的確非常的環保。但我們知道世界上大部分的國家電能的來源都不是來自於再生能源！而且把電能轉換成位能還牽扯到能耗的問題，所以使用空氣車真的如新聞上說的比較環保？我看還真的不見得吧！？

結論

這則新聞一開始我就覺得噱頭大過於實際？否則像這種非高科技的東西不是早就應該流行起來嗎？然而根據網路上百科資料顯示，早在 1998 年法國人就推出世界上第一台壓縮空氣動力汽車出租車，一罐 300 升、300 個大氣壓的壓縮空氣，可以行駛 300 公里以上，最大時速達 100 公里。而近年位於法國 Brignoles 的 Zero Pollution Motors 公司正在開發的 e.Volution 汽車也已經引起了廣泛的關注。如此矛盾的結果還真的讓我不知孰是孰非了？不過科技這東西很難說，搞不好現在已經有很好的方案，可以讓空氣車便宜又大碗也是未嘗可知的！？

聲明

本篇純屬娛樂文，沒有任何參考價值，請勿引用。

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