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打造淨零時代競爭力/氫能創新平台 打造氫應用產業鏈

氫豐綠能所開發的國產燃料電池金屬板電池組,相比業界常見的石墨雙極板燃料電池,更輕薄、更具成本競爭力。
氫豐綠能所開發的國產燃料電池金屬板電池組,相比業界常見的石墨雙極板燃料電池,更輕薄、更具成本競爭力。

【撰文/林玉圓】

後化石燃料時代,氫應用被視為搭配再生能源,邁向淨零的重要角色。全球許多國家積極發展氫應用,在新能源時代不落人後;工研院連結產官研與國際夥伴制定「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」,從發電、工業、載具三大應用著手,協助產業減碳,並厚植技術競爭力。

工業革命以來,化石燃料支撐了全球的經濟發展,廉價便利的能源帶來生活富裕和產業繁榮,代價卻是氣候危機與環境浩劫。為了挽救人類文明,全球興起一波波淨零減碳浪潮,其中潔淨能源的開發,成了重中之重。

除了風力、太陽能等再生能源外,氫也是被寄予厚望的潔淨能源,是取代化石燃料的重要選項之一。主要原因包括:氫氣可透過電化學反應產電,且產物是水,對環境友善;二是低碳排,從產製來源來看,如果是再生能源產製的綠氫,碳排較石化燃料大幅降低;三是可支援再生能源發展:相較再生能源靠天吃飯的間歇特質,運用多餘再生能源產製氫氣,並依電力需求使用,是補足電網負載的最佳救援。

氫應用發展 機會與挑戰並存

雖然氫氣作為燃料具有上述優點,但也不免有其限制。第一個挑戰是產氫技術;目前最常見也最成熟的氫氣產製,是透過天然氣重組(灰氫),但這種方式也會產生二氧化碳,必須同步進行碳捕捉及封存(CCS),否則仍會增加碳排放量,對於達成淨零沒有幫助。

第二是成本過高。目前全球努力發展「綠氫」,即利用再生能源電力,將水電解為氫氣和氧氣,製程雖不會產生二氧化碳,但是高效率電解技術尚未成熟,加上再生能源電力成本因素,如何提高技術效率,降低綠氫生產成本仍為電解技術發展主要課題。此外,綠氫產量受再生能源供應限制,也是瓶頸之一。

第三是相關基礎建設,自工業革命以來的300年,圍繞化石燃料所建立起來的基礎建設,包括煉油廠、加油據點、工廠的機器設備及鍋爐等,形成龐大的既有系統;在未來的新能源時代,必須全盤規劃,例如液氫運輸船、液氫接收站、加氫站、輸氫管線及儲氫設施等,是相當大的改變。

針對氫應用發展遭遇的挑戰,產業仍樂觀看待,認為能夠靠技術和商業模式來解決,預期未來10年至15年可逐步成熟,讓氫氣成為後化石燃料時代的可靠選項,不止拯救環境,也帶來全新就業機會與商機。

各國競逐氫應用商機 挾優勢各擅勝場

工研院綠能與環境研究所副所長萬皓鵬分析,近年積極投入氫應用發展者不外4類國家,一是力求轉型的能源大國,如澳洲、加拿大、中東等,希望將氫氣發展為外銷產品;二是內需市場龐大且資源豐沛,需要潔淨能源來自產自用,例如美國、中國及英國;三是地理樞紐國,利用氫貿易來增加商機,例如新加坡與澳洲合作建立氫氣貿易港;荷蘭利用其北海風場,規劃在北海樞紐位置發展氫跨國貿易。四是天然資源有限,但產業力強大,可發展氫應用技術方案對外輸出,例如日本、韓國等。

臺灣氫應用發展歷程,10多年前即投入燃料電池技術發展及應用驗證,已建立產業雛形。近年在淨零排放的世界大勢下,經濟部於2021年成立氫能推動小組、2022年國發會公布「臺灣2050淨零排放路徑」,將氫能列入12項關鍵戰略,工研院隨即於同年6月公布「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」,是臺灣第一個針對氫應用的整體規劃,並於2023年12月推出2.0的更新版本。

臺灣氫應用藍圖 減碳是主要目標

「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」是以減碳為主、產業發展為輔,推動三大氫應用領域:發電低碳化、工業低碳化及運輸低碳化。同時建議在北中南規劃氫應用的特色園區,北部可搭配既有電廠位址,設置氫/氨發電園區、中部配合離岸風力設置低碳氫生產及儲能設施,南部評估建立液氫接收站可行性,並在港口周邊推動碳中和港口及低碳氫應用。

從產業優勢來看,國內目前在燃料電池的零組件研發生產,已達國際級水準,其周邊的電控系統、熱交換器及組件整合、高溫電極材料等,發展成熟,不少臺廠躋身世界級大廠的供應商。

獨步氫燃料電池技術 氫豐綠能串起氫產業鏈

為提前布局氫應用商機,工研院於2023年衍生成立第一家氫應用新創公司「氫豐綠能」,以氫燃料電池金屬板電池技術及餘氫發電相關技術,投入潔淨能源發電及工業餘氫再利用等應用。

氫豐綠能在氫燃料電池領域的關鍵核心能量聚焦於兩大技術,第一是借力臺灣金屬加工產業,所開發出的國產燃料電池金屬板電池組。以高導電、高抗蝕的覆碳鍍層技術,透過智慧產線製造組裝,製成瓩級金屬板燃料電池組。與目前業界常見的石墨雙極板燃料電池相比,更輕薄、更具成本競爭力,可望降低燃料電池價格、增加國際競爭優勢。

氫豐的第二項關鍵技術,就是領先全球的混氫燃料電池系統,即便是純度不高的混氫,也能搭配空氣產生電力及同時產生熱水。一般半導體、石化業在製造過程中,本來就會產生工業副產「氫」,過去氫燃料電池對於氫氣純度要求非常高,這些工業副產氫無法做額外運用,只能再加天然氣燃燒,不僅浪費了氫氣,更徒增大量碳排。氫豐綠能的技術讓副產氫可妥善運用,加上輕量化設計,更適合交通載具。

氫豐綠能未來還將與車王電子、大同公司及光宇應材等指標性業者合作,投入電力系統整合與電力併網,整合資源及推動示範驗證,串起國內氫產業鏈,減少工業碳排、回收廢氫、供給分散式電力,助我國加速達成淨零目標。

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