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此篇報導與工商時報合作，並刊載於〈科學家新視野專欄－國際氫能發展近況與我國氫能發展契機〉

文／國立中央大學機械系特聘教授暨臺灣氫能與燃料電池學會理事長 曾重仁、國立中央大學機械系博士生 林晉賢

世界能源需求逐年上升，而傳統化石能源逐漸枯竭，加上空氣污染與氣候變遷等問題，發展綠色能源、減少環境汙染與提升能源自給率已成多國政府之共識。在眾多能源技術中，氫能因具多元功能，成為當前國際關注的重要技術。「氫」是生活周遭常見的化合物元素之一，最常見含氫的化合物就是水，若要將氫作為能源使用，需要先用其他能源提取氫，以液態、高壓氣態或其他方式儲存。燃料電池則是一種使用氫作為燃料的發電裝置，使氫能可以轉化成電力。氫能儲存的優點是可長時間大量儲存再生能源餘電，提高能源供給穩定性；並用於交通運輸、分散式供電以及工業燃料。[1]2017年法國液空、德國林德、日本豐田、本田、韓國現代等13家產業集團倡議成立氫能委員會（Hydrogen Council），致力於氫能的應用推廣，至今短短3年多成員已擴充至92家，可見氫能的重要性與發展前景已受到廣泛認可。

多個國家也制定氫能發展藍圖並加速發展進度。日本政府於2017年宣布《氫能基本戰略》[2]，預計逐年增加氫氣產量與降低發電成本，並設定2030年目標為燃料電池巴士增至1200輛、燃料電池汽車80萬輛、加氫站900座，2050年後加氫站全面取代加油站、氫能汽車全面取代汽油車，氫能取代傳統民用能源系統實現零排碳。今（2020）年已有世界最大太陽能電解水產氫基地在日本福島正式運轉，使用20MW（關於MW請參考：能源名詞解釋1）的太陽能電池發電廠，並配置10MW的電解產氫系統，再生能源搭配產氫是未來發展方向。

美國於2019年發表《美國氫能經濟發展路線》[3]。報告中指出氫對於實現低碳能源結構至關重要，若如預期發展，到2030年可為美國創造年產值1400億美元與累計70萬個工作機會；到2050年，年產值可達7500億美元並創造340萬個就業機會，並且使風力、太陽能、水力發電等再生能源並聯電解產氫系統將可提高能源應用的自由度，且能滿足美國能源需求的14%。美國現已大力發展氫經濟，每年投資數億美元的，並且擁有全球一半以上的燃料電池汽車、25000輛燃料電池堆高機、在40個州超過8000座小型燃料電池發電站，並已安裝或正計劃使用超過550 GW以上的大型燃料電池發電站。

2019年韓國政府也發表《氫經濟發展路線》[4]，宣布2040年發展目標為使氫能巴士達到4.1萬輛、燃料電池汽車累計生產620萬輛、加氫站建成1200座。並在2030年後將成為全球最大的燃料電池生產國，使氫燃料電池成為其主要出口產業之一。

同年，中國氫能聯盟發表《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》[5]，目標2050年氫能佔總能源消耗10%，年經濟產值10兆元人民幣，加氫站達1萬座以上，燃料電池車產量達每年520萬輛，固定式發電裝置年產2萬套。伴隨2022年的北京冬季奧運會即將到來，為達成綠色低碳承諾，將以此為契機全面推廣氫燃料電池汽車，將於張家口冬奧賽區建成6 MW風力與2 MW光能產氫電站，開發1200 Nm³/hr[6]電解產氫系統，建成固定式與移動式加氫站。

德國於今年通過《國家氫能戰略》[7]，認為工業、交通運輸與供熱等領域對氫能的需求都將持續增長，確定以再生能源稱生產「綠氫」的優先發展地位，投入再生能源產氫，預定最晚在2040年之前，在德國建成10GW的電解產氫產能，並且將關閉所有燃煤電廠。

表一　各國氫能貨（卡）車、巴士、堆高機、汽車與加氫站之近況與未來目標

資料來源：整理自International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy所提供之各國數據， 2020/10/29檢視。

從各國的氫能目標來看「氫能交通」是國際關注的重點之一，氫燃料電池結合電動馬達等同汽油車的引擎，只需注入燃料即能產生動力，氫氣的補充與加油一般，只需要幾分鐘就能完成補給，不像鋰電池需花費長時間充電，此外氫燃料電池系統的重量也較輕。目前日本的豐田汽車與南韓的現代汽車是目前氫電池車主要領導廠商，若將他們近期或未來將推出的氫燃料電池車，以及電動車主要廠商特斯拉所開發的最新款Model S比較（如表二），可看見氫能汽車的性能已與汽油車相當，也有技術製造性能可比超跑的氫能汽車，例如：美國的Hyperion與美國太空總署合作開發XP-1氫能超跑，預計將於2022年上市。

表二　氫燃料電池車與電動車性能比較

資料來源：綜整自各車廠提供之車輛性能資訊，三菱汽車、現代汽車、豐田汽車、Hyperion、特斯拉

未來將運用電轉氣（Power to Gas，P2G）技術提取氫，電轉氣是以電力生產氫氣或使氫氣進一步反應合成甲烷、甲醇等燃料的能源儲存方式，能夠長期大規模儲存，並結合燃氣發電系統，是可調節再生能源發電量的重要儲能方式。儲存的氫氣除了可以再發電外，亦可導入高科技廠應用於製程，或導入高排碳工業使二氧化碳甲烷化，成為可再利用的燃料降低排碳。

關於臺灣的氫能發展，亞太燃料電池公司於2012年成功開發世界第一台氫燃料電池機車，已完成道路實車驗證，並曾於墾丁開放民眾參與試騎體驗。惟因製造成本較高，商業化模式與法規未完整建立，尚無法與純電動車競爭。過去亦有產學合作研發鋰電池與氫燃料電池混合動力系統，達到一定的成果。目前國內已有氫燃料電池的完整產業鏈，但由於產品仍未大量生產，無法達成規模經濟降低成本。近期聯合再生能源亦投入氫能機車之開發，希望能降低成本，提高購買意願。

能源局亦於2009-2011年推出「燃料電池系統示範運轉補助計畫」協助業者進行產品驗證，獲取寶貴的運行數據以精進產品設計與製造，獲得極佳之成效。也有數家台灣廠商成為國際燃料電池大廠Bloom Energy的零組件重要供應商，已進入國際氫能產業的供應鏈。然而目前政府對於燃料電池與氫能產業並無完整的願景與策略，廠商多只能在國外尋找商機。臺灣2025年發電配比目標再生能源只佔20%，化石燃料還佔80%，短期內碳排下降不易。臺灣海峽具豐富之風力資源，但冬季時風力較強，若搭配電轉氣與燃料電池技術可將冬季豐富的風電轉移至夏季使用，可再提高再生能源佔比，達到「非核家園」與降低碳排的目標。

註釋與參考資料：

[1] 能源教育知識網（2010）。〈氫能與燃料電池〉。2020/10/29檢閱

[2] 日本經濟產業省（2017）。〈水素基本戦略〉。2020/10/29檢閱

[3] The Fuel Cell and Hydrogen Energy Association (2019). Road Map to a US Hydrogen Economy. Retrieval Date: 2020/10/29

[4]Stangarone, T. (2020). “South Korean efforts to transition to a hydrogen economy.” Clean Technologies and Environmental Policy 2020/10/29檢閱

[5] 中國氫能聯盟（2019）。《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》

[6]Nm³是氣體的體積單位，稱為立方公尺，N指正常狀態，20 °C、1大氣壓。因此Nm³/hr是指在正常狀態下綠氫產電站每個小時可以產出的氫氣量。

[7] Fuel Cells Works (2020). “Germany: Federal Cabinet Passes the National Hydrogen Strategy.”Retrieval Date: 2020/10/29