國內外氫能與燃料電池發展趨勢

很高興能夠邀請到台灣經濟研究院研究一所綠能與科技發展中心的副所長林若蓁博士蒞臨演講，帶給我們一場關於國內外氫能與燃料電池發展趨勢的演講，這場演講帶給我們許多未來的能源概念及新的趨勢。

講者介紹

        林若蓁博士，林若蓁博士畢業於國立臺灣大學環境工程學博士，專業領域在綠色能源與新興科技產業化(氫能與燃料電池、儲能、智慧城市、電動車、無人機等、化合物半導體)、科技政策研究、環境與智慧永續發展、國際創新營運模式與跨域產業轉型鏈結，曾任於台灣燃料電池夥伴聯盟副執行長、台灣有機太陽能電池產研協會副秘書長、財團法人台灣經濟研究院組長和電動載具三電系統產業聯盟秘書長，並參與國內外許多綠色能源和氫能與燃料電池之研究計畫，是台灣在綠色能源和氫能與燃料電池首屈一指的專業人士。

氫能是什麼

氫能（Hydrogen Energy）是指以氫氣作為能源儲存和轉移的形式，用於產生電力或提供動力的能源形式。氫氣是一種高效且清潔的能源，其燃燒只產生水蒸氣，並不產生二氧化碳等溫室氣體。氫能在能源轉型中被視為一種重要的替代能源，可以應對氣候變遷和能源安全等問題。而雖然氫氣本身是無色的，但在能源轉換的過程中依據製程不同可以分成三種類型：

1. 綠氫：直接透過再生能源電解製造產生，製造過程幾乎沒有碳排放，但成本也相對較高
2. 灰氫：透過傳統化石原料製造而成，是目前較常見的種類，但製造過程會有對應的碳排放
3. 藍氫：利用碳捕捉技術將石化原料燃燒過程中的二氧化碳回收，並捕捉其中的氫氣就稱為藍氫

氫能的應用

根據台灣 2050 淨零轉型路徑目標，氫能在未來的主要應用主要分為三大類：運輸、工業、發電，而目前氫能主要的發展應用領域如以下所述：

1. 燃料電池車輛： 氫能可以用於燃料電池車輛，這些車輛使用燃料電池將氫氣轉化為電力，驅動電動馬達，產生的唯一排放物是水蒸氣。
2. 工業用途： 氫能被廣泛應用於一些工業領域，例如製造氨、製鋼、製造玻璃等，這些過程中需要大量氫氣。
3. 能源儲存： 氫能可以作為能源的儲存媒介，尤其是在太陽能和風能等不穩定的可再生能源發電中，可以將多餘的電力轉化為氫氣儲存，供能需要時再轉換為電力使用。
4. 燃料電池發電： 氫能可以直接用於燃料電池發電，通過氫氣與氧氣的化學反應生成電力，同樣，唯一的排放物是水蒸氣。
5. 交通運輸： 除了燃料電池車輛外，氫能還可應用於其他交通工具，如火車、飛機等。
6. 家用及建築能源儲存：將過剩的再生能源轉化為氫氣，儲存在燃料電池中，當需要能源時再轉化為電能。這類型的儲能系統可以解決再生能源不穩定性的問題，並取代或減少天然氣、石化能源的需求。

氫能燃料電池

        燃料電池（Fuel Cell），是一種發電裝置，但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續充電，燃料電池正如其名，是繼續添加燃料以維持其電力，所需的燃料是「氫」。燃料電池具有低污染、低噪音、免充電、高效率、壽命長、適用範圍廣和可以分散式供電的特性，在國際上已成為爭相研發的重點科技。

燃料電池的運作原理為氫氣由燃料電池的陽極進入，氧氣（或空氣）則由陰極進入燃料電池。經由催化劑的作用，使得陽極的氫原子分解成兩個氫質子（proton）與兩個電子（electron），其中質子被氧『吸引』到薄膜的另一邊，電子則經由外電路形成電流後，到達陰極。在陰極催化劑之作用下，氫質子、氧及電子，發生反應形成水分子，因此水可說是燃料電池唯一的排放物。 由於燃料電池是經由利用氫及氧的化學反應，產生電流及水，不但完全無污染，也避免了傳統電池充電耗時的問題，是目前最具發展前景的新能源方式，如能普及的應用在車輛及其他高污染之發電工具上，將能顯著改善空氣污染及溫室效應。

台灣氫能之發展

淨零碳排為國際趨勢，全球已有136個國家宣示淨零排放目標，氫能可以說是政府在綠能轉型上也相當在意的一個話題，國發會於 2022年3月30日公布「台灣2050淨零排放路徑及策略總說明」，主要架構為台灣總體「2050淨零排放規劃」，政府也從原本的 9,000 億預算中又額外新增了每年超過千億元的預算，可以看出當前政府對於綠能積極的發展態度。「2050淨零排放規劃」中，再生能源將達到總電力 60% 以上的占比，其中氫在電力部門去碳電力發電量占9%-12%(其餘為再生能源60%-70%、火力+CCUS 20%-27%、抽蓄水力1%)。

而在非電力能源去碳化方面，則訂立創新的能源捕捉模式，利用氫能與生質能取代化石燃料，並搭配碳捕捉再利用及封存技術，能夠有效解決傳統工業用電污染的情形。其中應用端主要分為發電、工業、運輸三大領域，與他國知名的工業電氣化發展廠商進行合作（西門子、 三菱重工等），逐步取代燃料 化石能源 。近期中油也將設置全台第一座「移動加氫示範站」，若未來能夠與交通部政策同步推動下也將帶來新的氫能商機。

氫能應用於發電系統方面，為達2050年淨零排放目標，台電公司已經開始「再生能源進行二氧化碳合成烷醇之可行性研究」計畫，以布局綠氫技術。依據台電公司之「台電減碳策略與技術發展」對氫能的規畫朝向替代燃料及以氫儲能等兩目標布建：

1. 替代燃料：將氫能用於火力機組混燒降低碳排放，目前已規劃進行火力機組混燒測試，預期在2025年前完成小規模試驗(混燒比例<5%)，2035年前擴大實施至部份火力電廠，2050年前進一步提升混燒比例並大規模實施至所有可布建的電廠。
2. 以氫儲能：結合再生能源生產綠氫，並整合燃料電池建置分散式電網，因應未來再生能源大規模設置時之大量儲能需求，台電公司規劃建置氫氣儲能與發電利用網路，目前正積極引進相關系統，預定在2025年前完成全台第一座MW級綠氫整合燃料電池，之後依據當時再生能源建置量逐步放大規模與實施。

氫能未來趨勢

氫能未來的發展趨勢包括技術創新、應用擴展、成本下降、國際合作以及政策支持等多個方面。以下是可能影響氫能未來發展的一些趨勢：

1. 技術創新：氫能生產、儲存和轉換技術的不斷創新，包括更高效的水電解技術、先進的氫氣儲存技術、更耐久且便宜的燃料電池技術等，都有望提高氫能的競爭力。
2. 可再生能源整合：將可再生能源整合到氫能生產過程中，進一步減少氫能的碳足跡，提高氫的綠色性。太陽能和風能等可再生能源可以用於驅動水電解過程，以製造綠色氫氣。
3. 應用擴展：氫能在交通、工業、能源儲存等領域的應用擴展，包括燃料電池車輛、氫燃料電池發電、氫能供熱等。這種多樣性的應用有助於提高氫能的整體市場需求。
4. 成本下降：隨著技術的成熟和規模效應的實現，氫能生產和應用的相關成本有望進一步下降。這將有助於提高氫能的競爭力，使其更具吸引力。
5. 國際合作：國際間氫能相關領域的合作將更加深入。共同研究、技術交流、標準制定以及資源共享，有望促進全球氫能產業的發展。
6. 氫能基礎設施建設：不斷擴建氫能基礎設施，包括氫氣生產、儲存、運輸和應用的設施。擴展基礎設施有助於提升氫能的可及性和使用便利性。
7. 政策支持：各國政府可能繼續出台支持氫能發展的政策，包括補貼、稅收優惠、法規激勵等，以推動氫能的應用和市場擴展。

結論

        氫能作為一種潛在的清潔能源，在全球能源轉型中扮演著重要的角色。儘管面臨著技術、成本和基礎設施等挑戰，但隨著技術的進步和全球對於減少碳足跡的共識增強，氫能的未來前景仍然極具潛力。總的來說，氫能的發展需要來自多方面的協力，包括政府、企業、學術機構和全球社會的參與。透過共同努力，氫能有望成為未來清潔、可持續、高效的能源之一，促進全球向更可持續的能源體系轉型。