氫能是未來的能源明星嗎?

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1. 氫能是未來的能源明星嗎？ 蕭述三 國立中央大學講座教授兼工學院院長
2. 臺灣2050淨零排放路徑工革命十項計畫 2 資料來源：國家發展委員會 (2022/03)  2022年3月，國發會公布「臺灣2050淨零排放路徑」（同年6月，工研院發佈「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」）  2022年12月，國發會公布階段目標及行動（2030 氫能發電減碳量427~6,877噸）」  2023年1月，國發會公布交通部將規劃「運具電動化及無碳化關鍵戰略行動計畫草案」  2023年4月，經濟部能源局將「氫燃料」納入能源管理法第二條第六款之能源種類之一：經濟部標準局通過多項氫相 關標準  其他：經濟部再生能源發展條例修法通過（能源局升格能源署）、環保署（升格環境部）公告碳費規劃（徵收對象為年排放量 > 2.5 萬噸之電力業與製造業）、臺灣碳權交易所掛牌等 2 2024/11/02
3. 臺灣2050淨零排放關鍵點與12項關鍵戰略綠色工革命十項計畫 3 2025 • 不再興建新燃煤電廠 2030 • 風力/光電累積裝置容量達40 GW 2035 • 智慧電表布建率達100% 2040 • 燃煤/燃氣電廠依CCUS發展進程導 入運用、氫能應用 2050 • 再生能源發電占比超過60% • 智慧變電所布建率達100% 資料來源：國家發展委員會 (2022.3.30) 3 2024/11/02
4. 資料來源：臺灣2050 淨零排放路徑及策略總說明 2024/11/02 4 臺灣面臨2050 淨零排放跨世代、跨領域、跨國際之轉型工程， 將逐步建構科技研發及氣候法制等兩大面向之基礎環境，推動能 源、產業、生活、社會等四大轉型策略，逐步實現 2050 淨零排 放之永續社會。 臺灣淨零排放之策略與基礎 淨零科技布局-五大領域
5. 達成2050年目標之關鍵發展項目1/2 太陽光電 40-80 GW 2050 目標 未來應用情境 • 矽基堆疊型太陽電池及模組 • MW 級離岸 PV 雛型系統驗證 優先發展項目 • 提高模組效率降低土地需求 • 土地稀缺，優化多元空間利用 離岸風電 40-55 GW • AI 智慧數位化風場運維環境 建構技術 • 浮動式離岸風電關鍵技術 氫能發電 H2 7.3 GW • 高效產氫、發電、輸儲、熱運 用動力模組及安全監測技術 • 氫載體 (氨) 應用技術 • 國際合作，引入先進技術 • 建置在地風力產業 • 浮動式技術擴大風場朝大水深 開發 • 自主產氫、發電技術 • 氫能儲運基礎設施 • 氫氨應用技術 極大化項目 2024/11/02 5 資料來源：工研院「淨零永續未來技術趨勢與應用(2023.12.6)
6. CCS 減碳176-460萬噸 2030 目標 未來應用情境 • 封存技術示範與智能化運維 • 高效率低成本之碳捕捉及固 碳技術 優先發展項目 • 本土地質封存場址運維技術 • 提升碳捕捉系統整合效率 • 海洋場域封存 節能 節電量345.7億度 節熱227.3萬公秉油當量 • 低碳空調、冷凍技術 • 節能能管系統技術 • 電源數位化技術 電網與儲能 儲能系統容量5,500MW 需量反應容量3.0GW • 分散式能管調度系統 • 智慧儲能管理軟、硬體系統 • 儲能電池與系統整合 •提高用能設備(空調、冷凍冷藏，及 馬達等)效率，接軌國際 •企業自發節能，提升能源管理 •導入智慧化科技強化節能應用 • 分散式電網，提升電網韌性 • 電網數位化，增加系統供電 彈性 極大化項目 達成2050年目標之關鍵發展項目2/2 2024/11/02 6 資料來源：工研院「淨零永續未來技術趨勢與應用(2023.12.6)
7. 2024/11/02 7 臺灣氫能推動策略 - 發展路徑 • 國際合作：國際交流儲運模式， 評估國內氫輸儲設施需求及可行性 • 示範先行：短中期應用，建置我 國第一座可移動式加氫站 基礎設施 供 給 • 進口：氫氣進口評估，待國際 供應充足及氫氣成本具經濟性 • 自產：發展藍氫(化石燃料結合 CCS技術)、再生能源產氫及去碳 燃氫產氫技術 H2 • 導入混燒發電技術：2025年完成5% 混燒示範，建構國內氫能發電運維能力 發 電 模組技術 • 鋼鐵製程：開發氫能冶鐵技術；評估進口熱壓鐵塊 • 工業製程：製程低碳化優先，布局氫氣減碳製程 工 業 • 氫能動力模組及關鍵技術能量 1.開發百瓩高功率高電壓氫能動力模組系統， 建立氫能載具零組件與次系統之平臺驗證 2.配合交通部推動「氫能車輛示範計畫」示範 驗證 氫 能 應 用 氫 氣 供 給 基 礎 設 施 氫能目標 2050年發電占比 達9~12% 資料來源：能源署「 臺肥低碳氨之氫能技術產業研討會」(2023.10.3)
8. 2024/11/02 8 臺灣氫能推動策略 氫 能 應 用 Applications 氫 氣 供 給 Supply 發電：氫混燒發電應用 鋼鐵：鋼化聯產 工業：製程低碳化優先  與國際主要氫輸出國建立 氫氣供應鏈  建立國內自產氫本土化關 鍵技術及量能，穩定長期 氫氣供應 氫氣儲存設施 建置地點評估 配合應用場域 建構基礎設施 發電應用：氫混/專燒發電 鋼鐵製程：氫能鋼鐵冶煉 工業製程：工業氫能技術 基 礎 建 設 Infrastructures 短 期 長 期 示 範 計 畫 資料來源：能源署「臺肥低碳氨之氫能技術產業研討會」(2023.10.3)
9.  推動氫能示範驗證計畫，據以確立氫能本土應用方向及供給配套設施選項與期程 2024/11/02 9 臺灣氫能推動策略 - 氫能育成，深化減排 氫 能 應 用 5%混氫發電 2023年底機組測試，2025年示範驗證 鋼化聯產 先導廠技術驗證中，2025年完成示範產線 5%混氨發電 2025年完成可行研究，2028~2030年示範驗證 基 礎 建 設 可移動式加氫站 2024年示範運行 液氫接收站建置評估 運作及運輸船資訊研析，2024年完成實場評估 氫 氣 供 給 去碳燃氫產氫技術 2023年進行混氫發電技術驗證 再生能源產氫技術 2023年完成電解槽開發，2024年進行示範驗證 資料來源：能源署「臺肥低碳氨之氫能技術產業研討會」(2023.10.3) 2024/11/02 10
10. 我國氫能科研發展重點 [Note]: AEM: Anion Exchange Membrane electrolyze; SOEC: Solid Oxide Electrolyzer Cell; SOFC: Solid Oxide Fuel Cell；PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell 資料來源：工研院氫能小組，2023 2024/11/02 10
11. 2024/11/02 11 氫能：更乾淨的能源新方向 • 氫能，顧名思義，就是指以氫當作能量來源之應用。由於氫原子活性非常高，通常以比較安定之 化合物形式存在，例如水(H₂O)、甲烷(CH₄)、乙醇(C₂H₆O)等。 • 相較於燃燒石油、煤炭相比，氫燃燒時最為潔淨，除了生成水和少量氮氧化物以外，不會產生如 一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害之污染物質，少量的氮氧化 物經過適當處理，也不會污染環境。而且燃燒生成的水還可繼續製氫，反覆循環使用。 • 氫氣(H₂)取得方式：從含有氫之化合物提取。  蒸氣重組法（目前工業界主要使用），將烴類燃料（例如甲烷：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)＝＞缺點：排放大量二氧化碳。  電解法：將水電解為氫與氧。 資料來源：國科會「科技魅癮」(2024/03/09)－氫能新時代，儲能新style；化腐朽廢棄物為神奇能源－生質氫能
12. 2024/11/02 12 氫能：更乾淨的能源新方向 • 根據不同生產方式，可以分為綠氫、灰氫、藍氫等種類。例如「灰氫」的定義是氫氣來自天然 氣，透過水蒸氣重組獲得。若將氣化或蒸氣重組過程中之碳排經由碳捕集及封存避免排放到大 氣，產出的氫氣則稱之為藍氫。而「綠氫」是利用再生能源電解水製得的氫氣，碳排最低，可謂 最乾淨的氫能。 資料來源：國科會「科技魅癮」(2024/03/09)－化腐朽廢棄物為神奇能源－生質氫能
13. 2024/11/02 13 氫氣的顏色代碼 顏色 方法 GHG 排放 來源& 製程 灰氫 藍氫 藍綠氫 綠氫 粉紅氫 天然氣重整/ 煤氣化 有潛力的過渡階段： 通往未來零排放產氫的銜接技術 高 低 煤／ 甲烷 氫 甲烷 氫＆氧 水 氫 氫＆碳 甲烷 氫＆氧 甲烷的催化/ 熱裂解 電解或 光催化 電解 採用 CCS 重整天然氣 資料來源：曾少華，「The role of hydrogen in addressing energy security and sustainability」(2024/09/21)
14. 2024/11/02 14 產氫方式1/2  鹼性電解技術(AE) -使用電催化的傳統方法，使用鹼性溶液或鹼性固態OH-傳導薄膜作 為電解液，透過外加電壓的方式，使水分解產生氫氣和氧氣。 資料來源：https://www.re.org.tw/knowledge/more.aspx?cid=201&id=4654 https://findit.org.tw/researchPageV2.aspx?pageId=2042  質子交換膜電解技術(PEMEC) -使用固態的酸性聚合膜做為電解質，水在陽極電解成氧氣及氫離 子；氫離子經質子交換膜遷移至陰極與外部迴路傳導而來的電子結 合產生氫氣。 陽極：2H2 O ⁄ 𝟏𝟏 𝟐𝟐 O2 +2H++2e- 陰極：2H++2e-H2 （PEMEC產氫示意圖） 陽極：2OH- ⁄ 𝟏𝟏 𝟐𝟐 O2 +H2 O+2e- 陰極：2H2 O+2e-H2 +2OH （AE產氫示意圖）
15. 2024/11/02 15 產氫方式2/2  固體氧化物電解技術(SOEC) -使用具傳導氧離子(O2-)之陶瓷材料做為電解質，水以蒸汽的形式進入 電解槽，在陰極電解成氫離子與氧離子，氫離子接受外部迴路傳導而 來的電子生成氫氣；氧離子經陶瓷電解質遷移至陽極生成氧氣與放出 電子。 資料來源：https://www.re.org.tw/knowledge/more.aspx?cid=201&id=4654 https://findit.org.tw/researchPageV2.aspx?pageId=2042 https://www.find.org.tw/index/tech_obser/browse/374e76bb1034fe834e3c9e1a9d2d6f77/  陰離子交換膜電解槽技術(AEM) -是目前最新的電解水技術，它兼具鹼性電解槽(ALK)的低成本與質子 交換膜(PEM)的簡單、高效。且在製氫的過程中無需使用非常昂貴的 銥或鉑作為電解槽內的催化劑，或是使用鹽酸等強酸強鹼溶液，而是 使用普通的鈉氫碳酸鹽溶液作為電解液，大幅降低了製造成本，以及 對環境的危害。 （AEM產氫示意圖） 陽極：O2-O+2e- O+O O2 陰極：H2 O+2e-H2 +2O2- （SOEC產氫示意圖）
16. 2024/11/02 16 氫氣儲存的兩大分類：物理性儲氫與材料儲氫  物理性儲氫：把氫氣硬塞進容器中。 1. 高壓氣態儲氫 • 以碳纖維複合材料做儲氫瓶，可避免氫裂風險。 • 目前技術最成熟的儲氫方式，具有儲放氫的速度 快、成本低、耗能低等優勢。 2. 液態氫 • 體積密度高、應用潛力大，絕熱材料成本高。 • 原理跟桶裝瓦斯很像（將氫經過低溫、高壓處理， 以液態形式存輸，需要使用時，再回到 常溫常壓 下變成氣體）。 • 因氫氣的沸點為零下253℃，所以要耗費大量能源來 液化氫氣，儲存液態氫的容器也必須是非常良好的 絕熱材料，否則氫氣很快就會蒸發了。 資料來源：(1)國科會「科技魅癮」(2024/03/09)－氫能走向實用，儲氫技術是關鍵！各種儲氫方式一次解析 (2)工研院「【氫能減碳解決方案】安全儲氫技術-載具用儲氫氣瓶」 (3) https://www.cn-heipa.com/newsinfo/2460980.html 美國NASA最新的液氫存儲球罐 高壓儲氫罐
17. 2024/11/02 17 氫氣儲存的兩大分類：物理性儲氫與材料儲氫  材料儲氫：讓氫與材料產生鏈結，將氫儲存於材料中。 1. 吸附型儲氫材料 (1)金屬有機架構（METAL ORGANIC FRAMEWORK, MOFS） • 有點像海綿吸水的概念，中間孔洞可以吸附很多氫氣。 • 在極低溫才可以儲氫，而且不同材質會有不同儲氫量，就算同一個材質也會因孔洞不同，儲氫 量有很大差異。 (2) 奈米碳管 • 有表面積大、內部中空等特質，能吸附大量氫氣，且需要消耗的能源很低，稍微加溫就能把氫 釋放出來。 • 但奈米纖維的直徑、結構與品質不同，讓儲氫量差異極大。 ＝＞儲氫數據亮眼，但目前商用可能性不大 資料來源：國科會「科技魅癮」(2024/03/09)－氫能走向實用，儲氫技術是關鍵！各種儲氫方式一次解析 石墨奈米纖維 奈米碳管
18. 2024/11/02 18 氫氣儲存的兩大分類：物理性儲氫與材料儲氫 2. 化學儲氫材料 (1) 液態氨 • 又稱阿摩尼亞（將氫氣與氮氣在高溫高壓下合成，需要時再還原，很適合長期存放與運輸） • 具有強烈腐蝕性與毒性，儲存與運輸過程須特別注意。 (2) 液態有機氫載體（LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER, LOHC） • 利用不飽和有機化合物做為儲氫材料，通常是指不飽和芳香族化合物（例如將甲苯與氫氣結合 成甲基環己烷，使用時再還原）。 • 由於甲苯與甲基環己烷在常溫常壓下均為液態，很適合長期存放與運輸。不過，LOHC需要很 高的溫度才能釋放氫氣，且含氫量比液態氨更低。 (3)化學氫化物（硼氫化鈉、鋁氫化鈉） • 也可視作為一種儲氫材料，因其單位體積的含氫量比液態氨、LOHC高，且性質非常安定，又 不像金屬氫化物那麼重，同樣很適合長期存放與運輸。 • 但若是使用甲醇這類的化學氫化物，經蒸氣重組或熱分解後的產物是二氧化碳與氫氣，需要額 外進行碳捕捉。 ＝＞便於存放及運輸，難以直接作為燃料使用 資料來源：國科會「科技魅癮」(2024/03/09)－氫能走向實用，儲氫技術是關鍵！各種儲氫方式一次解析
19. 2024/11/02 19 國際氫能運輸基礎設施發展  據H2stations統計，截至2023年底，全球有40個國家擁有正在運作或興建中的加氫基礎設施， 總計921座加氫站投入營運，較2022年增加107座，增長率為13.1%。  在歐洲共有265座加氫站（其中105座在德國、法國51座、荷蘭22座、瑞士17座）。其中， 2023年德國雖僅新設8座加氫站，但德國已對現有的28座加氫站進行改建，升級為大型車輛加氫 站。截至2023年底，乘用車與大型車輛共用之加氫站占比近40%，相較2019年僅有27%，歐洲 地區大型車輛加氫站比例逐步提升。  亞洲地區共有537座加氫站。其中，中國大陸具197座、南韓174座、日本166座；其中，中國大 陸的加氫站幾乎皆為巴士或商用車使用所設置。北美有100座加氫站，較2022年增加7座，多數 位於加州，具有75座加氫站，另有8座位於加拿大。 資料來源：https://www.artc.org.tw/tw/knowledge/articles/13754  2023年的全球氫燃料電池車總銷量較2022年銷量減少 30.2%，依據南韓市場調研單位SNE Research研析，氫燃 料電池車之所以於2023年銷售大幅衰退，主要是因基礎設 施短缺、氫氣補充成本增加以及消費者選擇有限，種種因 素阻礙氫能車市場發展。
20. 2024/11/02 20  賴清德總統在今(2024)年4月22日世界地球日所舉辦的「地球解方2024永續設計行動年會」中， 敘明將啟動第二次能源轉型，加速地熱、氫能、生質能和海洋能等再生能源開發，建立低碳、安 全、智慧、共享的能源新結構，並以低碳運輸網路形塑淨零永續綠生活。  同時基礎設施(加氫站)也逐步規劃設立，中油公司預計於2024年底完成臺灣首座加氫站設置，氣 體大廠聯華林德亦規劃於臺南樹谷園區完成示範加氫站建置，並於2024年底展開試運行。  經濟部亦於2023年將氫燃料列入能源管理法並制定加氫站設置管理規範；同時，交通部亦於今 (2024)年公告「氫燃料電池大客車試辦運行計畫」，透過計畫召集業者、地方政府引進氫能載具 並設置基礎建設，以利氫能車輛運行與推廣。國內業者亦投入氫能車輛引進與開發，如國內數家 企業計畫打造臺灣國產氫能巴士、和泰汽車專案引進氫燃料電池乘用車TOYOTA Mirai、氫能巴 士CAETANO H2 City Gold，並規劃展開試運行計畫。 資料來源：https://www.artc.org.tw/tw/knowledge/articles/13754 臺灣氫能運輸基礎設施發展
21. 2024/11/02 21 氫經濟 • 指氫作為關鍵能源載體，補充甚至取代傳統化石燃料的未來。 • 這個概念是由氫創造可持續低碳能源系統的潛力所驅動的。 資料來源：曾少華，「The role of hydrogen in addressing energy security and sustainability」(2024/09/21) 再生能源 氫能發電 氫 廢棄品 發電 傳統儲存 核能 化石燃料 &CCUS 運輸 合成燃料 萃取油/生質能 氨/肥料 金屬生產 化學/工業製程 熱/分散式電源 電網基礎設施 天然氣基礎設施
22. 2024/11/02 22 氫能商機
23. 2024/11/02 23 氫能發展方向-對民眾最有感的改變會是交通  因電動化載具沒有車輛尾氣的排放問題、而且能讓車輛操控更為精準，甚至有機會達成自動駕駛 的目標，所以車商多從乘用車的電動化開始著手，以因應淨零排碳。  氫燃料電池電動車(FCEV)之動力來自於車上儲存的氫氣與燃料電池進行化學反應，產生電力以驅 動馬達，行駛過程中僅排放水，因此被稱為「終極環保車輛」。  而新能源應用是未來趨勢，相較於全球發展零碳排車主力車型的純電動車(Battery Electric Vehicle)，氫燃料電池車(Fuel Cell Vehicle)現階段僅為特定國家及車廠積極布局的新興產業，部 分大型能源企業更瞄準氫能商機，斥資興建提取氫氣的基建和設施，以配合氫燃料電池車產業發 展。 資料來源：https://www.artc.org.tw/tw/knowledge/articles/13717 （氫能車運作示意圖）
24. 2024/11/02 24 資料來源： https://reurl.cc/OrWQDD https://www.artc.org.tw/tw/knowledge/articles/13717 https://www.toyota.com.tw/electrified/FCEV/ https://cars.tvbs.com.tw/car-news/174506 https://www.bmw.com.tw/zh/topics/fascination-bmw/bmw-concept-vehicle/bmw-hydrogen-overview.html  市面上目前氫燃料電池乘用車市售車款，主要為Hyundai Nexo、Toyota Mirai，其他亦有 Mercedes Benz、HONDA、上海汽車、廣州汽車等車廠投入乘用車市場。
25. 2024/11/02 25 氫能車發展方向-加氫快、更載重、跑更遠、不怕冷，適用重型車輛  重型車輛的使用特性為高每日長里程、高運轉率、高載重重量，因此需要重量輕、高能量、低能 量密度的系統，而氫能車便能符合此特性。  氫能車的加氫時間與現有的內燃機燃油車的加油時間差不多，對於車輛使用者來說不會有使用習 慣的大改換，因此全球車廠如今發展的氫能車，都以長途、載重型的大型巴士、大型貨卡、拖車 為主。 資料來源：國科會「科技魅癮」(2024/03/09)－氫能車會是未來主流嗎？為什麼現代、豐田還在繼續耕耘？  氫能車的加氫時間，以 Tesla 第三代超級充電站來 說，一般乘用型的電動車充飽電需要 15 分鐘，而豐 田汽車的 Mirai 約 3～ 5 分鐘即可完成加氫。兩者補 充能量的時間差了3倍，在乘用車的使用中，或許體 感差異不大，但是當用於重型商用車，兩者的能量補 充時間差，將是極為可觀的倍數差異。
26. 2024/11/02 26 特斯拉將研發「氫燃料車」  電動車先驅及特斯拉創辦人馬斯克近日宣布一項震撼性消息，表示特斯拉將逐漸從電動車轉向氫 能源。  其首款氫燃料車「Model H」，將於2026年推出，並將採用最先進的燃料電池技術，特斯拉也計 畫解決氫能源儲存及基礎設施等問題，以推動氫燃料車的普及。 資料來源：https://www.technice.com.tw/technology/autosystem/146948/ 氫能載具（燃料電池車）- 乘用車
27. 2024/11/02 27 德國首啟全氫能火車線  德國於2022年8月開始啟用的全氫能火車「Coradia iLint」，是由法國工業巨頭阿爾斯通提供，行駛路 線連接德國主要港口城市漢堡附近的庫克斯港、不 來梅港、不來梅沃爾德及布克斯特胡德等城市，全 長約100公里，共有14列全氫能火車提供服務，將 取代原本行駛的柴油火車。  每列火車有2個車卡，行駛距離600公里，而全氫能 火車車卡頂部裝有氫燃料電池，利用氫氣與空氣中 的氧氣結合產生電力，推動火車前進，車速為每小 時140公里，並且不會產生碳排放。 資料來源：https://www.wenweipo.com/a/202208/25/AP63068c12e4b033218a5f008f.html 氫能載具（燃料電池車）- 火車 （氫能火車解析）
28. 2024/11/02 28 挪威將建造全球最大氫能船  挪威船舶運輸公司Torghatten Nord，與造船廠Myklebust簽約，將建造兩艘世界上最大氫動力船 舶。並與挪威海事局(Norwegian Maritime Directorate)以及歷史最悠久的船舶認證機構：英國勞 氏船級社(Lloyd’s Register)合作 ，為這款全新的貨輪制訂協議與安全標準。 資料來源：https://www.technice.com.tw/technology/energy/107864/ 氫能載具（燃料電池車）-船舶  這款船身長達117公尺的貨輪將沿著挪威 最 長 的 Vestfjordstrekninga 北 極 圈 航 線，連接波德(Bodø)、羅斯特群島(the islands of Røst)、韋島(Værøy)和莫斯克 內 斯 (Moskenes) 等 地 區 ， 航 行 278 公 里。可載送120輛車，並且至少在85%的 旅程中，都是使用綠色氫能作為主要燃料 來源，平均速度達17節。
29. 2024/11/02 29 資料來源：https://c.8891.com.tw/news/16891 氫能載具（燃料電池車）-重型卡車 Honda攜手Isuzu打造氫燃料重型卡車  雙方在2020年初便已簽署合作協議，由Honda供應氫燃料動力單元，Isuzu負責車輛開發與組 裝，以Isuzu Giga商用重卡打造首輛測試用車，於2023年中展開道路測試，預計2027年投入市 場。  由於氫氣能夠加壓貯存在鋼瓶之內，能量密 度較同體積電池要高出許多，只要80kg的氫 氣就能讓一輛卡車行駛約800km，氫燃料電 池又具有電動車低噪音、低震動、零汙染的 特性，重型卡車也不乏空間裝載巨大的氫氣 鋼瓶，相當適合取代現行柴油動力。
30. 2024/11/02 30
31. Thanks for your Attention 2024/11/02 31