【專欄】氫能時代來臨

氫是宇宙最豐富的元素，燃燒後不會產生二氧化碳，被視為「終極潔淨能源」。

全球高喊2050淨零排放，不少國家紛紛啟動低碳能源新方案，燃燒後只產生水的氫氣，成了後石油時代重要的潔淨能源選項。國際能源署（IEA）指出，2050年全球氫氣供應量可達每年5.3億噸，全球現已有31個國家與地區，發表氫能戰略藍圖，世界正站在能源轉型的關鍵時刻，迎接氫能新時代。

從取之不盡的水資源中分解氫，透過能量轉換提供電力並生成水，如此周而復始的資源循環，描繪出人們對於未來永續世界的想像。氫是宇宙最豐富的元素，能量密度大，燃燒後又不會產生二氧化碳，因而被視為「終極潔淨能源」。

早在1970年，美國德州農工大學教授博克里斯（John Bockris），在通用汽車技術中心的一場演講當中，提出「氫經濟」（Hydrogen Economy）一詞，設想未來以氫氣取代石油，成為支撐全球經濟的主要能源。20多年前，氫燃料電池有了新的技術進展，日本和美國再次倡議氫經濟，但成本和技術尚未成熟，仍未實現氫經濟願景。

近來氫能復興，最主要的驅動力就是2050淨零排放。為了達到淨零目標，全球苦尋替代傳統石化燃料的潔淨能源，工研院綠能與環境研究所副所長萬皓鵬指出，取自大自然的再生能源雖然扮演要角，但發展有其環境限制，仍需部分低碳燃料支撐零碳世界。

國際能源署在其公布的「全球能源部門2050淨零排放路徑」中指出，若想達到2050淨零排放，氫能需占整體能源使用13%，在國發會公布的臺灣2050年淨零排放路徑中，氫能也占電力供給的9%至12%。從整體能源使用角度來看，「氫能不僅是全球、也是臺灣達到2050淨零排放的關鍵角色。」

為了加速臺灣邁向氫能時代，工研院在近日提出「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」。氫氣長期做為石化煉製中不可或缺的要角，中油董事長李順欽就指出，「這是氫能發展的一小步，卻是臺灣邁向2050淨零排放的一大步；要達到淨零排放，沒有氫能萬萬不能。」

2040綠氫將成主力

氫氣依照來源不同，而有灰氫、藍氫、與綠氫的分別。以化石燃料如天然氣經蒸汽重組產生的氫氣，稱為灰氫；若將蒸汽重組過程中的碳排，經由碳捕捉及封存或再利用，避免二氧化碳排放到大氣中，則稱為藍氫；只有以再生能源電解水產氫的方式，才是最潔淨的綠氫。現今全球氫氣生產大部分為灰氫，隨著技術提升與成本下降，預計在2040年綠氫將會成為主力。

萬皓鵬指出，目前臺灣氫氣用量大約在30～40萬噸，主要來自以石化燃料產氫，幾乎百分之百都是灰氫。在工研院規畫的藍圖裡，2050年臺灣氫氣需求量將達435萬噸，成長10倍之多。這些氫氣來源，評估臺灣再生能源設置與調節情境下，高達四分之三要靠進口，四分之一則是自產藍氫及綠氫，自產數量約為110萬噸，估計其中7成是綠氫，3成是藍氫。

雖然氫氣進口成本不低，但萬皓鵬認為，到了2050年，使用化石燃料需付出碳費，而氫氣成本以鄰近日、韓所提出的目標，均在每公斤2美元左右，而未來可能的氫氣供應大國澳洲，則提出出口目標為每公斤1.4-1.5美元，目前比天然氣貴一點，但若加上碳排和碳費的考量，「氫能和化石燃料在經濟成本上的競爭就會拉近，會具備替代能源的優勢。」

多管齊下投入氫能發電

萬皓鵬指出，未來氫能主要有三大應用，也就是「發電、工業應用和交通載具」，臺灣有不同機會。首先在發電上，分為定置型發電和分散型發電兩種模式，前者就像大眾熟知的火力發電廠，後者最具代表性的就是燃料電池發電。

在定置型發電上，近幾年國際已實地測試以氫氣與天然氣混合燃燒，30%的混燒比例，已完成技術驗證。

臺灣因產業能量及市場規模等因素，切入大型發電系統的機會不大，但未來引進「氫氣機組」後，在地的工程公司可負責運轉維護。

在分散型發電上，現階段市場主力有兩種，一種是可快速啟動的質子交換膜燃料電池（PEMFC）；另一種是適合作為基載的固態氧化物燃料電池（SOFC）。早在20多年前，臺灣便投入PEMFC研究，有許多燃料電池供應商都以PEMFC為主，有些甚至已能做到整組成品輸出，外銷至東南亞和日本等地。

工研院也投入發展PEMFC的金屬雙極板，不僅體積更輕薄，成本也只有原先碳板的50%，「未來臺灣在PEMFC的發展很有機會」萬皓鵬說。

氫能車滿足長途運輸需求

在工業應用上，萬皓鵬表示，產業因不同製程，使用氫氣已是行之有年，像是煉油業、石化業、鋼鐵業等，都是氫氣需求量很大的產業。此外，也有些產業在製程中，會有餘氫排出，如造紙業、半導體業等。過去工業餘氫直接排放或燃燒，但近年因為能源議題，也開始出現餘氫回收再利用的討論。

但若採用燃料發電，純度需達99%以上，如果餘氫雜質過多，可能會讓燃料電池的觸媒降低發電效率。

在交通載具上，為達2050淨零排放，國際專家一致認為，小型車朝向電動化發展，許多國家研擬停售油車；但對於需要長途運輸和載重的巴士和貨車，電動車續航力就顯不足，也需要較長時間充電，預料大型車會以氫能車為主。

相比電動巴士最多只能跑200公里，充電動輒數小時，氫能巴士只要儲氫5到10分鐘，就能跑400公里，更具優勢。工研院也投入車用儲氫瓶技術，開發碳纖複合材料，更安全又輕量。

「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」中，台電規劃今年底和日本三菱重工引進天然氣混氫發電機。

搶先布局未來氫能經濟

能源是最基礎的民生需求，但能源系統建置需要時間，不管是自產或進口，都需要長時間的規劃和建設，就像過去發展天然氣，也花了很長時間建置天然氣接收站，並且和天然氣供給國簽約。

萬皓鵬進一步指出，國際研究調查機構普遍估計，氫氣大規模使用將在十年以後，看似還有不短時間，但臺灣從現在就要開始布局，不僅是建構儲存和運輸等基礎設施，還有法規調和，甚至要在氫能技術上做出突破，屆時臺灣就能以技術領先者的角色，在新興的「氫經濟」上搶得先機。