全球氫能產業大爆發 如何運用、概念股有哪些？六大觀念一次看

(圖)淨零排放浪潮席捲全球，被視為終極潔淨能源的氫，也成為各國積極追求的目標。 業者／提供
你知道台灣正試圖打造媲美美國矽谷（silicon valley）的台灣氫谷（hydrogen valley）嗎？為達2050淨零排放，政府陸續公布包含成立碳權交易所等多項政策措施。不僅如此，行政院2022年核定「淨零12項關鍵戰略行動計畫」，其中，號稱「終極潔淨能源」的氫能也列在其中，未來更將擴及應用在產業、交通、發電三大領域。
一、氫能將成未來不可或缺能源？
氫能發展並非新技術，美國德州農工大學教授博克里斯（John Bockris）在1970年代就曾提出「氫經濟」（Hydrogen Economy）的概念。隨著「節能減碳」議題興起，氫能發展備受重視與討論。
面對氫能，曾任工研院綠能所氫能與燃料電池計畫經理、現任氫豐綠能總經理的李鈞函解釋，把海水電解之後就會產生氫氣和氧氣，在缺電的時代，只要有氫氣就可以發電，而且過程中不會排放二氧化碳，這就是淨零排碳。
二、氫氣能源有哪幾種？
作為新型潔淨能源，氫能未來發展可期，而氫能種類大致可分為下列四種：
1. 綠氫（green hydrogen）：
使用可再生能源，如風力發電、水力發電等，所產生的電力進行電解水所產生的氫能稱為「綠氫」，其在製程過程中幾乎零碳，所以非常適合做為未來綠色替代能源發展，但成本也較高。以台灣現狀來說，無法成為氫能發展主力。

*電解：通過電流，將水（H ₂ O）分離成氫氣（H ₂）與氧氣（O ₂），達成氧化還原反應。
2. 灰氫（gray hydrogen）：
製造成本低，為現今主流氫能技術，根據財團法人汽車研究中心資料顯示，灰氫主要以高碳燃料重組技術、氣態燃料重組技術、低碳液態燃料重組技術的方式產氫，並會運用於「燃料電池」上。
而所謂的「重組產氫」就是利用觸媒（催化劑；反應前後保持不變的元素化合物）以化學方式將燃料中之氫原子取出產生氫氣。另有透過煤，氣化產製的氫能，稱為「褐氫」。
*燃料重組技術：使用煤氣（CO）或天然氣（CH₄）加水蒸氣（H₂O）進行化學反應，產生氫氣（H₂）及一氧化碳（CO）或二氧化碳（CO₂），此種方法會排放大量碳元素到空氣中，是目前工業常用的製氫方式。 主要可分為汽油、柴油等生質燃料的高碳燃料重組技術、天然氣為主的氣態燃料重組技術，以及以甲醇為原料的低碳液態燃料重組技術。
3. 藍氫（blue hydrogen）：
使用化石燃料製氫（灰氫），再利用碳捕捉技術，將製作氫氣中所排放的二氧化碳回收並封存的氫氣，就會被歸類在藍氫 。但製造藍氫以現有的封存二氧化碳再利用技術成本較高，製造成本也因此提升。
另還有利用技術將天然氣中的氫抽離，再將二氧化碳以固體方式封存的藍綠氫 （Turquoise Hydrgen），可有效降低碳排並增加二氧化碳用途，但製程需要大量燃料，技術成本高。
4.粉紅氫（blue hydrogen）：
使用核能提供的電力，進行水電解產生的氫被歸類為粉紅氫。根據台達電子文教基金會整理資料顯示，據《路透社》報導，加拿大陸地能源公司（Terrestrial Energy）研究發現，核反應爐供應的高溫熱能，比傳統的水電解法產氫可提高最多四成效率。
顧問公司拉札德（Lazard）發表《2023年能源均衡化成本報告》（LCOE Report）評估，既有核電廠生產粉紅氫的成本，在補貼和沒補貼的情況下，分別為每公斤0.48～1.81美元以及2.75～ 4.08美元，堪稱最低廉的產氫方式之一。

氫氣能源分別透過蒸氣重組、碳捕捉、電解技術又區分為，灰氫、藍氫、綠氫。另還有褐氫、藍綠氫及粉紅氫。 林安妮／製表
三、氫能成「黑馬」 三關鍵技術打造下一座護國神山
目前台灣氫氣在法規中仍屬於工業副產物或工業製程的「原料」，需透過修訂《能源管理法》，才能被視為「能源」，並進一步針對氫能進口、生產、銷售、設置、安全要求及無碳認證等規範，訂定「氫能管理專法」。
A. 混氫技術
因為氫氣產量短期有限，半導體工業製程也會排放工業副產氫 ，藉由混氫混燒的方式，可以暫時維持氫氣需求量不會驟升，並有效利用多餘的「廢氫」，也能在短期內見到減碳效果。
據工研院報導指出，國發會預計於2050年氫能占比將提升至9～12%。根據氫能藍圖規劃，未來將以混燒或專燒氫氣的燃氣發電，逐步取代燃燒化石燃料的發電機組。
台電副總經理郭天合先前則表示，2022年4月與西門子簽訂氫能混燒合作備忘錄（MOU），今年（2023年）將混燒5%氫氣評估可行性，預計2040年將混燒比例拉高至20%。
未來天然氣電廠將轉型燃氫氣，工研院預估，2050年氫氨需求約700萬噸，氫氣約385萬噸、氨約315萬噸。其中氫氣進口約75%、自產25%。
*氨同樣因為經化學反應不含碳（氫跟氮反應），近年也逐步受到討論，但其反應後產出氮化物為污染物之一，利用效果有待商榷；此外，氫氣雖然好取得，但目前政府力拚「純淨」綠色氫能，成本高，有相對難度，大部分還是以灰氫、藍氫的「準綠能」為主。
李鈞函強調，「我們鼓勵業者，與其把副產氫燒掉，不如拿來發電，不但可以降低碳排，還可增加電費的收入，把副產氫的痛點，變成更有價值的事情。」
台灣2050氫氣需求及供給初步評估。 圖/工研院提供
B. 研發特殊氫瓶
氫氣分子極小，運送時須以高壓儲氫瓶進行裝運，若以一般的鋼瓶儲存，氫氣會鑽入金屬的結構中，長久下來，金屬瓶會產生氫裂（hydrogen embrittlement；氫氣鑽入金屬等物質中，會加速物質退化、疲勞現象）現象。
對此，據工研院指出，利用碳纖維複合材料打造儲氫瓶，透過碳纖維分子比氫氣還要小的特性，不但重量減少60%以上，使用上也更加安全。

工研院跟德宏集團德宇複合材料合作，打造輕量碳纖氫氣瓶，重量省60％，是未來氫能車關鍵零件之一。 王郁倫／攝影
技術層面，工研院完成基於機械手臂的自動化纏繞製程系統，相較於傳統動輒上千萬元的龍門型纖維纏繞專用機，能大幅降低建置成本，並具有小量多樣的生產彈性。目前這項技術已和德宇複合材料合作投入開發，未來將鎖定氫能車儲氫瓶市場。
C. 去碳燃氫
不僅要減少碳排，還要主動「去碳」，又可以分成兩種不同方向的策略，分別為「碳捕捉、再利用與封存」（ CCUS；carbon capture, utilisation and storage, ）與碳捕捉技術（CCU； Carbon Capture, Utilization ），前者多了封存技術，技術難度較高，運用範圍尚未廣泛。
*CCUS技術六步驟：1. 識別來源 -> 2. 捕獲與分離 -> 3. 淨化與壓縮 -> 4. 運輸 -> 5. 儲存 -> 6. 再利用
 
碳捕捉 養綠藻 中小企業面對淨零碳排目標有層層阻礙，政府推動企業「以大帶小」拚減碳也尚無具體政策，只靠企業自主行動。圖為台泥在花蓮把排碳捕捉回收養綠藻。 圖／台泥提供

其中 CCUS 技術與過往僅封存，只有增加成本不同，轉而將捕獲的二氧化碳，將其轉化成有價值的產品或材料，以達到碳的再利用。
氫能是 CCUS 技術中的一個重要組件，因為氫氣可以用作還原劑，將捕獲的二氧化碳與氫氣反應，產生甲烷（天然氣的主要成分）、甲醇或其他有用的化學品、生質燃料。這些產品可以再用於工業製程、化學產品生產或能源存儲等，完成一個完整的循環。
四、燃料電池新紀元 氫能成最佳推手
燃料電池有別於原電池（一次電池；不可充電電池），可以透過穩定的供應氧和燃料來源，在燃料耗盡前，持續不間斷的提供穩定電力。
根據維基百科指出，1839年，英國物理學家威廉·葛洛夫製作了首個燃料電池。而燃料電池的首次應用就在美國國家航空暨太空總署1960年代的太空任務當中，為探測器、人造衛星和太空艙提供電力。在搭上氫能熱潮後，運用將更加廣泛。
燃料電池（Fuel cell）
燃料電池是一種主要利用氧或其他氧化劑進行氧化還原反應，把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置 。其中，使用的「氫」燃料可以來自於任何的碳氫化合物，如：天然氣、甲醇、乙醇、沼氣等。

SOFC電池備受關注
近年氫能議題浮現，而常見於國外，作為氫氣儲能發電的 SOFC 電池也受到關注。

根據工研院報導指出，SOFC 電池是透過電化學反應，將碳氫燃料能量轉換為電力輸出，具有發電效率高（大於 55%）、低污染排放、低噪音等特點，SOFC 系統可適用天然氣、沼氣、工業副產氫及純氫等多元料源，是極具潛力的氫能分散式電力技術。
除了發電外，SOFC 電池附帶產出的熱水，也能多元運用在供熱、醫療、溫泉等措施上。工研院與亞氫動力等公司合作，建立本土化 SOFC 系統整合技術，自製率達 75%。
目前已打造一套系統置於台南沙崙綠能科技示範場域。同時也與中油公司展開實場驗證，後續將布局國際燃料電池分散式電力市場，帶動國內相關產業發展。
PEMC電堆技術省成本
在燃料電池核心組件電堆中，雙極板扮演重要角色，不但要具有耐高溫、防腐蝕，還要有高導電性等特性。不過，過去雙極板大多採用碳板（石墨），厚度較厚，體積難以縮小，同時放在移動載具上時，也容易因為震動而裂開。
經工研院研發，開發金屬雙極板技術，除有效解決體積、成本（傳統碳板的50%）問題，也更加耐震動、耐衝擊，適合用在交通載具或設置於如：可攜式及備援電力設備上。
其隨時開關的特性，搭配獨有的金屬雙極板流場結構設計、多層導電碳薄膜與電池模組化等專利技術，能有效提升電池功率密度與壽命，進而達到減碳效益。
五、 氫能車問世 將再改寫車史？
除了大型氫能儲存設施，燃料電池同樣運用於氫能車發展上，過去幾年雖然氫能車已有發展，但市場仍是以電動車為主，不過，隨著政府大力推動，各家廠商看準藍海商機，紛紛搶進，未來規模有望盛於電動車潮。
氫能車技術
氫燃料電池電動車的動力，來自車內儲存的氫氣與燃料電池進行化學反應，並產生動力驅動車輛，行駛過程中只會排放水，因此又被稱為「終極環保車輛」。
氫能車作用原理很簡單，根據太古汽車（VOLVO）資訊指出，氫氣可用於為類似於壓縮天然氣（CNG）引擎「內燃機」提供燃料的氫內燃載具（HICEV）。
以及另一種解決方案，在燃料電池中使用氫氣，氫氣在燃料電池中產生電力來為車輛提供動力的氫燃料電池載具（FCEV）。此外，氫氣還可以作為輔助燃料電池使用，為電池供電的電動汽車延長行駛里程。


氫能車v.s電動車
看準能源商機，日韓車廠紛紛投入資源研發氫能車，並逐步推動普及化，台車廠也不落人後，先前三陽（2206）宣布與現代汽車（Hyundai）合作引進氫能源車。
此外，和泰車（2207）也與工業氣體大廠聯華林德共同宣布，將攜手氫能車輛先導示範。至於氫能車發展吸引力，對於電動車發展是否又會受到影響？
首先，氫能車（FCV；燃料電池車）解決了純電動車（EV）最大的痛點，根據媒體 InsideHook 報導指出，電動車因電池無法忍受低溫，在零下的環境中行駛，續航里程會比平常少20%。在低溫條件下，對氫能車進行測試，在攝氏零下30度的極端氣候，仍照常行駛。
在充能與續航方面，根據 TOYOTA 表示，其旗下氫能車種 Mirai，加一次氫可行駛600-700公里，相較電能車續航力久，當車輛於加氫站進行加氫時，平均僅需3-5分鐘，時間上大幅領先於電動充平均時間的20-30分鐘。
不過，以現階段來說，設置加氫站的成本約為充電站的5倍，而運送氫氣通常以液化氫的方式進行，需要在極度低溫（攝氏-253度）並存放於特殊鋼瓶中，較為複雜；且在氫能車的設計專利集中於數家車廠的情況下，氫能車暫時難以有多元廣泛的發展，若能突破技術限制，未來可期。


六、台灣氫能供應鏈 逐步抬頭
「氫谷」議題引發全球熱議，並成為科技界的新典範，除日本大力推行氫能產業外，台灣也逐漸引介氫能發電，使其成為綠能大軍的重要成員，激勵「氫經濟概念股」躍居未來市場布局的新寵。
 
※ 文章轉載 ※

經濟日報產業熱點 新聞部編輯中心／數位編輯徐建峰整理:
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