資訊專區
氫能源減碳技術介紹與觀測
2024/07/26
1. 氫能的特性
由於氫能的高熱質以及在釋放能量的過程中零碳排的特性，成為各國邁向淨零碳排趨勢下，一定會提及的能源亮點。再加上，氫能可作為儲能的載體，足以解決再生能源發電波動性大、間歇性等問題（例如太陽能受限於光照時長；風能受限於風力大小與持續時間），根據2022年國際能源署（International Energy Agency, IEA）在全球氫能回顧報告中，指出氫是達到淨零排放的核心，並預測未來各國在淨零碳排發展過程中，對於氫氣的需求力道強勁，從2020年的9000萬噸至2050年需求量將會增加近6倍達5.3億噸，約占全球能源需求的13%。
2. 氫能減碳技術的發展
雖然氫能具有高熱質、零碳以及穩定的特性，但在提煉氫氣的方式並不理想，現今在氫能的取得不外乎透過兩種方式，包含透過天然氣（甲烷或煤炭）或是水（包含淡水或海水）作為氫能的原料，並依製氫過程中產生的碳排放量，由多至少可以分為（1）灰氫（2）藍氫以及（3）綠氫，以下將分別說明差異：
（1）灰氫為目前主流製造方式的產物，採用天然氣（甲烷）作為原料進行蒸氣重組，將碳與氫氣進行分離，但因為甲烷（CH4）具有碳（C）元素，因此排放的副產物會與氧結合成二氧化碳，因此稱之為灰氫。目前灰氫的優勢在於裂解技術已經相當純熟，並且製程設備皆已商業化，是目前三種氫能類型中製程成本最為便宜，最低可低至每公斤0.9美元，不過也因為二氧化碳為其副產物，因此碳排放僅低於一般燃煤，並且依據天然氣價格與未來碳稅趨勢可提高至每公斤3.2美元。
（2）藍氫是在製程灰氫的過程中，捕捉副產物二氧化碳，進行碳封存或是再利用，使得以天然氣作為原料的製程能降低碳排。其優勢在於透過負碳的技術，使藍氫成為碳中和的氫能源，符合現今國際對於低碳能源的需求，只是目前碳捕捉、封存以及再利用的成本較高，因此藍氫最低成本每公斤也要1.5美元，因此再製造藍氫的成本也就相對灰氫來得高上許多。不過考量到未來碳關稅的情況，在關稅較高的區域，藍氫也就相對灰氫更有優勢，最高的成本為每公斤2.9美元，相較灰氫3.2美元有些許差距。
（3）綠氫為目前國際社會主要發展的氫能種類，主要利用再生能源（太陽能、風力或水力等）電解得到氫氣與氧氣，最大的優勢在於電解過程中完全不會產生碳排，並且製氫場域的規模大小具有彈性，不像過往電廠需要較大的土地面積。不過，缺點在於電解水的轉化效率約七至八成，整體能源使用效率較低，且由於目前綠氫仍屬於開發階段，所以在製氫、儲氫或運輸氫氣等相關設備成本較高，目前每公斤的綠氫成本約3~7.5美金，製造綠氫的成本是其他氫類成本的2到8倍，為目前三種類型的氫能中成本最高的，因此目前綠氫的發展多以示範場域的方式為主，尚未進入商轉使用。
3. 導入氫能的預期應用
氫能的應用前景相當廣泛，包含在交通運輸、工業生產、能源發電等領域之中。在交通運輸方面，氫能被視為一種潛在的清潔燃料，特別是在重型運輸工具如卡車或巴士，且多為固定路線端點到端點的移動型態。目前該類車輛皆採用氫燃料電池的模組投入使用，其技術核心燃料電池是一種能源直接轉換的裝置，氫燃料不經過燃燒，而是以化學反應的方式，藉由氫與氧的結合，將化學能直接轉變為電能，因此氫燃料電池的原理就是一項水電解過程的逆向反應。而氫燃料電池又可依照移動與否分為定置型與運輸型兩種型態，在交通運輸方面車輛所裝置的為運輸型燃料電池。此外，氫能在逐漸在航空和航海的運輸領域中展現出巨大的潛力，由於這兩個產業對於燃油的使用量相當的高，未來可能會有更多以氫燃料作為動力來源的飛機和船舶投入營運。
在工業生產中，氫能可以替代傳統的高碳能源（如汽、柴油），或是透過定置型的氫燃料電池進行發電，藉此使用低碳或是無碳的電力來源，進一步降工業生產中所產生的碳排放。例如在鋼鐵、化工和水泥等行業可以採用氫氣作為燃燒原料，取代過往使用的汽柴油進行高溫加熱和化學反應，減少溫室氣體排放的同時，還能提高能源使用效率。而針對碳排放熱點為類別二電力使用的產業而言，可以透過設置氫燃料電池模組的方式，在生產基地自建小型的發電廠，同時考量發電成本以及溫室氣體減量成效，進而選擇採用天然氣（甲烷）、煤炭或是水，作為電解製氫的原料，藉此將用電所產生的排放逐步降低。
在能源發電方面，氫能也具有相當重要的地位，氫氣因具有易於壓縮及方便儲存的特性，當再生能源（如太陽能、風能或水力等）產生過多的電力時，便可將這樣多餘的電力導向電解製氫的流程，所生產出的氫氣在進行壓縮儲存，並在電力需求高峰時進行釋放，例如導入混氫發電的機組之中，提高發電效率又能降低燃燒化石燃料所產生的碳排，從而平衡電網負荷，提升能源系統的穩定。
4. 展望臺灣未來氫能發展政策
由於臺灣目前所擁有的氫能，96%皆來自天然氣（甲烷）重組而成，同時臺灣並未具有天然氣資源，因此高度仰賴外國進口，然而進口的天然氣除了要供應臺灣發電機組使用，還須要拿來製氫，再加上臺灣的天然氣接收站，以及天然氣儲槽量能都有限的情況下，導致灰氫或藍氫的發展與供應規模都受到限制。
因此，臺灣在氫能推動策略上，規劃2023至2024兩個年度約新台幣40.61億元預算辦理，涉及部會包含經濟部、交通部、國科會以及經濟部下轄三國營事業（台電、中油以及中鋼），目標以氫氣供給、基礎設施以及氫氣應用等三大面向進行布局。氫氣供給面技術包含氫氣生產及輸儲，短期以維持臺灣擁有足額的氫能為主，包含與國際業者合作進口液化氫以及建立液化氫接收站，中長期以建立氫能供應鏈，強調臺灣自製氫能力，穩定長期氫能供應。
經濟部長郭智輝表示，目前再生能源如地熱與氫能，現在的發電成本一度都要十多元，而根據美國的研究報告，2035年發電成本可降至3元以下，如果台灣能搶在美國之前，例如2030年就把成本壓低至3元以下，搶占先機甚至會比台積電還好賺。因此目經濟部能源署、台電、工研院均有研究，甚至是應該捨棄基礎研究，直接跳級至應用的研究。
因此，氫能基礎設施及關鍵技術建構為氫能發展之重要基盤，短期評估進口設施建置地點，建立高壓輸、儲基礎技術與設施，中長期建立大型氫氣輸送與儲存的基礎設施，藉此擴大氫氣供應的網絡，並且發展商業加氫站的商業模式。
氫能應用主要為發電、工業應用及載具等三大應用方向，短期以導入混/專燒的發電技術，並且建立維運能力以及人才培育，進一步降低我國發電的碳排放係數；在工業應用上以氫能煉鐵技術開發作為短期目標；而運輸載具部分將推動氫燃料電池的大客車導入實際客運路線進行示範驗證。長期而言規劃氫能發電至2050年達9~12%；導入氫能擴散至鋼、鐵、鋁等產業，提升混氫的冶煉技術，降低高汙染產業對環境的負擔以邁向淨零碳排。針對氫能載具的部分，將完備運輸安全法規、檢測能量等，建構氫能載具的應用環境。
本資訊來自經濟部產發署113年專案計畫，計畫名稱:113年印刷電路板產業淨零碳排推動計畫。
參考資料：
全國性氫能發展之整體規劃 (https://www.ndc.gov.tw/News_Content.aspx?n=2FE923B6D5878FBA&sms=72B16E02BCB79287&s=AE6F52F43EBA3128&upn=0E442370ED3F73C5)，2024年7月16日
臺灣2050淨零轉型「氫能」關鍵戰略行動計畫 (https://ncsd.ndc.gov.tw/_ofu/download/about0/12/%E6%B0%AB%E8%83%BD%E9%97%9C%E9%8D%B5%E6%88%B0%E7%95%A5%E8%A1%8C%E5%8B%95%E8%A8%88%E7%95%AB(%E6%A0%B8%E5%AE%9A%E6%9C%AC).pdf)，2024年7月16日