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氫能於淨零碳排占重要地位:全球氫能發展預估及我國發展策略簡介

※如欲轉載本文,請與北美智權報聯絡

李淑蓮╱北美智權報 編輯部

國際能源署(International Energy Agency, IEA)指出若於2050 達成淨零排放目標,氫能需至少占整體能源使用13%;2022 年3月台灣國發會發佈「2050 年淨零碳排路徑圖」亦提及未來我國2050 年電力供給,氫能需佔比9-12%,以達到整體電力供應的去碳化。由此可見,氫能,尤其是綠氫,是一種淨零排放的能源形式,可以應用於各種領域,包含能源生產、交通運輸、工業製造和許多其他領域,為各國實現永續發展目標的關鍵要素。

勤業眾信(Deloitte)近期發布了《綠氫如何重塑全球能源格局:全球氫能源市場展望》報告 (下稱《報告》),根據Hydrogen Pathway Explorer(HyPE)模型,對清潔氫能未來發展進行全面量化與分析,並指出潔淨氫能是實現碳中和與因應氣候變遷的關鍵,其中政策的支持至關重要。包括透過策略訂定提高各方利害關係人對潔淨氫能發展前景的可見度和可信度;藉由直接補貼與財政激勵等方式,鼓勵業者投資製氫技術;以及透過國際合作,構建多元化價值鏈,強化能源、氣候和發展政策協同作用,發揮綜效。

潔淨氫能於2050年累計減排二氧化碳量可望達850億噸

據Deloitte對碳中和、包容性潔淨氫經濟的展望分析,如要在2050年實現全球碳中和,潔淨氫能市場產能須於2030年達到1.7億噸氫氣當量,及2050年達到6億噸氫氣當量。《報告》分析,起初,潔淨氫能將主要用於工業用氫(9,500萬噸氫氣當量)去碳,特別是化肥生產。此後,隨著向淨零排放目標邁進推動需求快速增長,潔淨氫能將成為各行業通用的去碳解決方案。到2050年,工業(如鋼鐵、化工、水泥和高溫加熱)和交通運輸(如航空、航海和重型公路運輸)分別占潔淨氫能總需求的42%和36%。總體來說,潔淨氫能可以顯著減少碳排,到2050年累計減排二氧化碳當量達850億噸,是2021年全球二氧化碳排放總量的2倍多。

《報告》預計潔淨氫能市場有望保持穩定增長,市場規模將從2030年的6,420億美元增至2050年的1.4兆美元。早期綠氫項目依靠公共支援實現收支平衡,像是美國《通脹削減法案》、澳洲清潔能源金融公司(CEFC)計畫、歐盟「綠色減排一攬子計畫(Fit-for-55)」提案以及歐洲共同利益重要項目(IPCEI)資助計畫等首批主要計畫。

氫能技術

《報告》指出,目前氫能主要有兩種取得路徑:天然氣重整製氫和煤炭氣化製氫,二者均屬於高碳密集型技術(年均二氧化碳排放量超過10億噸,約占全球排放總量的2.5%)。綠氫:利用再生能源電解水製取,是最具前景和真正實現永續發展的製氫技術;藍氫:利用天然氣和碳捕捉與封存技術製取,只要符合嚴格的甲烷排放和碳捕捉標準,也可被稱為「潔淨」氫。因此,藍氫或許是一項有用的過渡技術。

綠氫自始便在供應結構中佔據領導地位,並將在2050年占85% 的市場份額(逾5億噸氫氣當量),逐步發展成為最具競爭力的潔淨氫能技術。藍氫作為一項有用的補充和過渡技術,有助於在早期階段建立需求,並推動中東、北非、北美洲、澳洲等天然氣儲量豐富地區的氫經濟發展。藍氫產量將在2040年達到高峰,約為 1.25億噸氫氣當量(占全球氫產量30%),隨著甲烷和二氧化碳排控日趨嚴謹,這項技術將逐漸被更具競爭力的綠氫所取代。

構築包容性市場須建立一致政策

Deloitte認為想要擴大潔淨氫能經濟規模,並確保綠氫為實現碳中和發揮必要作用,政策支持至關重要。目前全球已有超過140個國家(占全球二氧化碳排放總量的88%)設定淨零排放目標,然而據Deloitte資料分析,至2030年全球已公佈潔淨氫能專案的總產能僅有4,400萬噸氫氣當量,僅為預計需求的四分之一。因此,各國應積極給予政策支援,大力發展規模經濟。

Deloitte建議,政策部署應圍繞以下3個方面展開:

(1) 建立氣候導向型市場:需要制定國家及區域層面策略,提高各方利害關係人對潔淨氫能發展前景的可見度和可信度。建立健全且一致的潔淨氫能認證流程,以確保認證過程之透明度並避免技術鎖定效應。最後,國際合作對於減少政治摩擦、構建公平競爭環境亦至關重要。

(2) 保證長期韌性:構建多元化價值鏈(如關鍵設備及原材料供應、潔淨氫能交易夥伴)是避免氫經濟規模擴大過程中出現成本瓶頸和提高市場韌性的關鍵,應成為國家戰略的重點之一。潔淨氫能商品的運輸(管線運輸和航海運輸)和儲存(戰略儲備)基礎設施設計亦離不開廣泛的大眾支持。最後,各國應儘早建立長期的國際合作機制,強化能源、氣候和發展政策協同作用,帶動區域整合。

(3) 創建商業案例:需要充分利用政策工具(授權、直接補貼、碳差價合約、財政激勵、公共擔保、構築氫基產品目標或市場)來彌合潔淨製氫技術與化石燃料製氫技術之間的成本差距。長期承購機制(如德國H2 Global平臺)可以顯著降低潔淨氫能專案風險,彌合產品定價與支付意願之間的差距,並增強價格穩定性。

應有長期規劃

Deloitte認為現在必須啟動第一波投資,用潔淨氫能取代目前的灰氫產量(2021年接近 9,500 萬噸氫氣當量,參見 IEA, 2022c)是一項重大且不會後悔的投資選擇。即使潔淨氫能需求將晚 10年才實現,也可以在北美洲、中東、北非和澳洲等發展速度較快的地區進行早期投資,《報告》預計這些地區將在2030 年分別生產1,600 萬噸、900萬噸、750 萬噸及300 萬噸氫氣當量,其中出口量分別為 210 萬噸、220 萬噸、440 萬噸及240 萬噸氫氣當量。總體來說,在如此經濟不景氣的情況下,預計到 2030 年,全球氫能貿易仍將占近1,500萬噸氫氣當量。根據區域需求,可以確定四條強勁的貿易路線:(i) 北非到歐洲、(ii) 澳洲到亞洲(中國)、(iii) 北美洲到亞洲(日本和韓國),以及 (iv) 中東到印度。

主要出口中心和貿易路線在2050年之前發展將保持強勁,這有助於提高相關專案的可融資性。根據敏感性分析,由於需求變化將延後10年,全球氫能貿易將持續到2050年(超過7,500 萬噸氫氣當量,超過 Deloitte 展望中分析所得貿易量的 70%)。主要的出口地區保持不變:北非(3,100 萬噸氫氣當量)、澳洲(1,000 萬噸氫氣當量)、北美洲(550 萬噸氫氣當量)和中東(400 萬噸氫氣當量)彙集了 65% 以上的洲際貿易。於 2030 年確定的貿易路線到 2050 年仍將富有韌性,具體如下:北非到歐洲、澳洲到亞洲(日本和韓國)、北美洲到亞洲(日本和韓國),以及中東到印度。

我國氫能發展現況、策略及行動

據我國經濟部2023年4月發布的《臺灣 2050 淨零轉型 「氫能」 關鍵戰略行動計畫》(下稱《行動計畫》)指出,我國氫能發展正處萌芽階段,從國內產業鏈發展情況來看,多處於示範或研發階段,進入商業化階段主要以氫能燃料電池相關產品為主,從原材料、燃料電池零組件、燃料電池周邊產品至末端之燃料電池系統皆有相應廠商可提供相關產品,具產業發展雛型。

我國目前氫氣96%以上來自於天然氣重組,因國內天然氣主要來自進口,接收站與儲槽量能有限,且天然氣主要用於發電及民生用途,導致氫氣供應規模受限。未來如何取得穩定潔淨氫氣來源,為我國發展氫能須突破以下2大課題。

(1)再生能源主要供作發電,用於產氫量能受限:我國未來以再生能源自產氫氣量能可能不足,須透過國際合作,建立穩定氫氣進口來源。

(2)液氫接收站設施等相關基礎設施技術尚處於評估階段:氫氣進口主要仰賴液氫船運,國際相關基礎設施技術尚處於開發驗證 階段,我國尚須持續與國際進行資訊交流合作,並視國際發展 導入液氫接收站相關技術和設施。

《行動計畫》指出,氫能是台灣邁向淨零排放路徑上的重要角色,為因應未來台灣氫能應用發展,經濟部透過成立「氫能推動小組」結合公部門與國營事業資源,共同合作規劃國內氫能發展政策及應用,透過政策推展,以達 2050年淨零碳排總電力氫能占比目標 9~12%。

表1. 台灣氫能發展總體績效指標、衡量標準及目標值
表1. 台灣氫能發展總體績效指標、衡量標準及目標值

《行動計畫》顯示我國氫能技術會以氫氣供給、氫氣應用及基礎設施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; 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,中長期基礎設施建構及相關配套建立;氫能應用主要為發電、工業應用及載具等三大方向。推動措施及具體行動分三方面,分述如下:

(一)氫氣供給:氫氣料源穩定供應

(1) 藍氫評估及技術開發:天然氣重組產氫與碳捕捉封存系統整合技術開發。

(2) 國際氫供應鏈資訊交流及技術合作:包含國際氫生產及供應鏈評估、推動與國際氫供應產業合作等項目。

(3) 氫氣進口評估及前期示範:液氫接收站評估及前期示範、液氫 進口國際合作等項目。

(二)氫能應用

(1) 導入混/專燒發電技術:混氫技術國際合作,導入氫氨混燒機組應用可行性評估、與國際大廠導入燃氣混氫、燃煤混氨示範機組測試等項目。

(2) 發展國內混燒/專燒運轉及維護做法:建立運維能力及人才培育,加強國內混燒/專燒發電人才培育等項目。

(3) 氫能煉鐵技術開發:開發使用氫氣作為煉鐵製程還原劑。

(4) 氫能載具運輸示範驗證:開發百 kW 高功率高電壓氫能動力模 組系統,推動氫燃料電池大客車導入實際客運路線進行示範驗證。

(三)基礎設施

(1) 建立氫氣輸配基礎設施:天然氣管線混氫測試評估、氫監測系統開發等項目;配合交通載具運輸示範驗證,建置移動式加氫站。

(2) 建立氫氣之高壓輸、儲基礎技術及設施:抗氫脆銲接材料及技 術開發、高壓氣氫儲運系統(管/閥/槽)技術等項目。

(3) 完善國內氫氣液化等輸儲基礎設施:國際液氫輸儲技術合作、液氫輸儲設施示範等項目。

圖2. 台灣氫能推動小組分工架構圖
圖2. 台灣氫能推動小組分工架構圖

 

參考資料:

 

作者:李淑蓮
現任:北美智權報總編輯
學歷:文化大學新聞研究所
經歷:北美智權報主編

半導體科技雜誌(SST-Taiwan)總編輯

CompuTrade International總編輯

日本電波新聞 (Dempa Shinbun) 駐海外記者

日經亞洲電子雜誌 (台灣版) 編輯

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