氫能具有能長期儲存、容易調度、發電過程不會產生溫室氣體的特質，而成為全球關注的化石燃料替代能源。本活動深入探討氫能技術發展的最新動態，能源轉型的趨勢與綠能產業鏈的發展商機。
發展氫能產業鏈安全不可偏廢
(承前文)氫能的產製非常多樣化，一般而言，較為人所熟知的是綠氫、灰氫與藍氫。德國萊因TÜV專案經理周曜碩(圖4)說明，綠氫是透過再生能源電解，由於碳足跡低，被認為是最環保的產氫方式，灰氫是天然氣透過蒸氣甲烷重組，但由於副產品是二氧化碳，被認為碳足跡較高，藍氫料源也是天然氣，但是採用碳捕捉/ 利用/封存方式，不將二氧化碳排放在空氣中，降低碳足跡，越來越被廣泛討論認同是綠色能源。
圖4 德國萊因TÜV專案經理周曜碩說明，綠氫是透過再生能源電解，碳足跡低是最環保的產氫方式
再者，核能透過電解也同樣可以產製氫氣，不過由於核能發電會產生核廢料，被稱為粉紅氫；而煤炭透過氣化的方式產製的氫能排放二氧化碳稱為黑氫或棕氫，將二氧化碳捕捉、封存就是另一種藍氫。周曜碩進一步解釋，目前各國產氫都是採用PtX(Power to X)的策略，也就是透過一種能源像是上述的綠能、核能、煤炭或天然氣，轉換成氫能，依照應用方式進行轉換。2020年之前，氫能來源大部分是灰氫，未來將大幅發展更為環保的藍氫與綠氫，預計2050年綠氫將成全球主流占61%左右。
針對氫能的發展潛力，世界各國已經陸續加快氫能產業的發展，周曜碩說，日、韓與西歐石化能源依賴度高的國家，已積極在國內發展完整的產業鏈，並透過國際合作取得更多穩定的藍氫與綠氫。然而，氫氣本身是活性很高的氣體，具有自燃的特性，因此要完善產業鏈與氫能應用， 也需要建立產業鏈製程安全解決方案，分別於製氫、輸氫、運氫、加氫等階段，建立安全操作方式與流程。
降低燃料電池成本為普及關鍵
在氫能運用中，燃料電池是非常重要的氫能發電與儲能裝置，氫燃料電池透過氫氣(酒精、天然氣)與氧(空氣)的電化學反應產生電能，氫燃料電池直接將化學能轉為電能而不必經過燃燒比內燃機效率大2~3倍。亞氫動力副總經理楊德洲(圖5)解釋，燃料電池也有許多類型，質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)，又稱固體高分子電解質燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)，利用氫氣與氧氣結合過程來發電，副產物只有水，非常環保。
圖5 亞氫動力副總經理楊德洲直言，目前燃料電池的發展重點就在成本，降低成本是產業發展的關鍵
固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)原理是採用電化學轉換，跳過了傳統發電模式的燃燒和機械過程，將燃料直接轉換為電能，需要較高的溫度，較適合電廠等級的發電方式。PEMFC由於可以低溫啟動，適合小型與儲能應用，上述兩個電池就是未來燃料電池的主流。楊德洲直言，目前燃料電池的發展重點就在成本。透過質子交換膜、觸媒、氣體擴散層(Gas Diffusion Layer, GDL)、雙極板(Bipolar Plate)的材料與技術精進，有助於降低燃料電池成本，加速產業發展。
燃料電池的原理非常簡單，楊德洲強調，這同時也是燃料電池碰到問題時非常難解決的原因，以反應過程中的水為例，車輛發動運作很容易產生熱，水在超過100℃以上會開始氣化，所以需要將水溫度保持在100℃以下，而緯度高的地區，冬天常出現零下的氣溫，水就會開始固化結冰，所以要讓燃料電池系統正常運作，需要讓系統保持正常運作區間。除了系統控制要精準之外，也要持續簡化架構以利成本降低，否則架構複雜又導致系統成本難以下降。
穩定儲氫與維運為應用重點
氫能與一般化石能源如石油、煤炭最大的差異在於，氫能需要透過產製，屬於二次能源，石油、煤炭可以直接用來發電，屬於一次能源。氫能在應用與維運上，需要更為順暢與成熟，森崴能源技術總監楊政晁(圖6)表示，阻礙氫經濟成功之主要挑戰為有限的儲存解決方案，需要注意下列條件，儲氫所需之材料及組件須改進，使循環壽命超過要求的時間，增強耐久性；目前氫之儲存及配送的能源效率為間歇性且不可靠，改善效率亦為重點；充填時間部分，需要提供可行之較快速加氫時間的模式；再者，車輛應用之儲氫系統成本太高，使普及化的可行性低；氫需要輕量之儲存解決方案，使車輛有足夠的行駛距離，降低體積與重量。
圖6 森崴能源技術總監楊政晁說，阻礙氫經濟成功之主要挑戰之一為有限的儲存解決方案
氫能中的氫氣由於是一個高活性的氣體，穩定儲存是挑戰，楊政晁說，由再生能源產出之氫氣能以氣態形式大量儲存。在地質儲存方面，包括：鹽洞、枯竭的油田及氣田、含水層等。再者，氫氣可液化並以液態形式儲存，氫氣於-253℃低溫下液化，並存於隔熱儲槽，以防止液氫氣化；氫氣液化耗能，液化期間約需耗費33%儲存的能量，氫液化適宜長距離及大量的運輸，液氫運輸較氣態運輸量大。氫能產業發展因為需求提高而逐漸加速，台灣也是天然資源高度缺乏並依賴外來能源的國家，非常值得投入氫能的發展，藉此拉高能源自主性。
綠電帶動能源轉型 氫能技術/產業鏈衝衝衝(1)
綠電帶動能源轉型 氫能技術/產業鏈衝衝衝(2)