後石油時代 氫能的過去與未來

記者 王駿凱、李如、吳宣翰/採訪報導 

石油等化石燃料不僅會產生廢氣造成汙染,未來也有短缺的問題,尋找能夠永續且替代的能源已然成為各國的目標之一,因此氫能逐漸備受重視。然而台灣以現有的低碳能源,恐怕難以在2050年達到零碳排放的目標,找出新方案為達成此目標所需的下一步,而中央政府預計規劃在2050年淨零排放路徑中,氫能發電佔比要達到一成。

鄭長利講解甲醇如何電解為氫氣。攝影/李珈如

氫能雖已發展將近30年,但由於早期轉化及儲存能源的技術並不成熟,且所需的成本高,因此其發展並不快速。到了近幾年,各國都在尋找替代石油的能源時,氫能才逐漸走入大眾的視野。

2019年的國際能源總署(IEA)公布只有法國、日本、韓國三國有制定氫能計畫,如今已有17國為其制定企劃。美國在今年8月16日通過的《通膨削減法》更是推動了氫能等再生能源的發展,由此可見,氫能將成為未來的主要能源之一。

台灣氫能與燃料電池學會理事長曾重仁。攝影/王駿凱

氫能源備受關注 穩定提供成主因 

氫能源作為環保能源,無論是透過燃燒,還是透過燃料電池轉化為電能,產物都只有水,並沒有其他的汙染物。不像屬於碳氫化合物的化石燃料,在燃燒過後會產生二氧化碳,進而造成溫室效應。

氫能源來源非常廣泛,如水或是傳統的碳氫化合物,都可以從中提取出來,因此幾乎不會用盡。跟其他環保能源相比,氫能沒有間歇性,如太陽能及風能,這兩種發電發方式都需要依靠天氣決定其供電功力,因此氫能供給上最穩定的環保能源。 

氫能來源廣泛且沒有間歇姓,相較於太陽能與風能,較不會受到天氣的限制。照片來源/freepik

然而氫元素非常活潑,高力熱處理工業公司的研發中心協理鄭長利解釋,氫元素大多是和其他物質形成化合物,因此要使用氫能源時,需特地把它提取出來,所以氫能被稱為「二次能源」。和被歸類在「一次能源」的物質,如:陽能、石油、天然氣等相比,氫仍需要花費時間及成本才能使用。

不同物質中提取出來的氫氣在成本及碳排量也有區別,從煤中提取出來的「棕氫」,相較再生能源提取出來「綠氫」,碳排放量高出了十倍以上,但綠氫的成本也比棕氫高出接近三倍,因此如何降低提取所花費的成本,並增加提取的效率,便是氫發展的關鍵。 

儲能技術進步 氫能未來成交易籌碼 

「氫能其中一個優點,便是能與其他再生能源產生互補的作用」,台灣氫能與燃料電池學會理事長曾重仁說明。如同天然氣或石油一般,若透過適當的方式,氫能便成為可以存放及運輸的能源,且透過電解的技術,可將綠電轉為氫能。因此,如太陽能或風能等,有間歇性的能源在供電高峰時,便可透過此技術,將電轉化為氫儲存下來,在供電不足時拿出來使用,以達到「削峰填谷」的作用。 

  • 「削峰填谷」原理:將白天多發的電力儲存起來,應用在晚上用電的尖峰時刻。

資料來源/經濟日報環境資訊中心

曾重仁推測,即便未來台灣真能達到2050年淨零碳排放,所需要的能源也無法全靠台灣自行生產,可能需要向其他國家購買。已經有部分再生能源資源豐富的國家在為淨零碳排準備,如日照充足的澳洲便透過大規模的建置太陽能發電廠,便宜取得大量的綠電,用以生產氫能源後,再賣給其他國家,從中獲得利益。 

如今世界各國對於氫能的重視程度已大幅超越過往,甚至逐漸將氫能發電的產品投入生活中。經濟部也在去年成立氫能推動小組,以對應未來趨勢,使台灣的氫能產業也能跟上國際腳步。 

甲醇燃料電池。攝影/李珈如

氫氣有顏色?氫氣從何而來  

提及氫能源,不可獲缺的氫氣到底從何而來?鄭長利表示,目前氫氣的主要來源分為四大類,分別為「綠氫」、「灰氫」、「藍氫」以及「棕氫」,由顏色來做種類的區分,在這其中最為環保的為綠氫,透過再生能源得到甲醇,進行電解來獲得氫氣。

綠氫也是這四項中最少碳排放,並且趨近零碳排的能源;而棕氫則是最為污染性的氫氣來源。棕氫是透過煤的氧化來得到氫氣,在這過程中會有大量的二氧化碳及一氧化碳產生並且釋放到大氣之中。

曾重仁提及,目前臺灣的再生能源可能因為天氣等因素,較為不穩定,現今大多透過鋰電池即時的儲能並利用。但使用鋰電池須面對成本過高以及可能產生「自放電」的情形,而自放電會導致電池的壽命以及電池容量降低,會有需要一直的汰換的問題。

因鋰電池有自放電的疑慮,故他表示氫氣的優點其一,便是能夠與其他再生能源達到互補,能夠有良好的運用。 

氫氣來源種類示意圖。資料來源/能源教育資源總中心、製圖/李珈如

氫能設施起步 中油:應可達成

因應國內2050淨零減碳路徑,中油也發布將會打造第一座「氫能實驗暨實驗工廠」,運作過程透過碳捕捉,將工廠尾氣的二氧化碳(CO2)捕捉下來再利用技術(CCU),與氫氣反應產生化學品。台灣中油公司綠能科技研究所長張揚狀提及,除了氫能實驗工廠之外,在運輸部分也規劃設計第一座氫能示範加氫站,且皆預計將在明年建置完成。  

張揚狀表示,目前推動氫能相關產業所遇困難,除了社會大眾對氫氣仍有疑慮之外,目前國內氫能標準與法規也並不健全,並且先進技術仍在持續發展演進隨時需做滾動式調整。但張揚狀也對氫能項目的執行很有信心,短期內將針對示範驗證項目(CCU、加氫站)積極進行,且以目前進度,應能夠如期在明年完成建設 。 

燃料電池發電機。攝影/李珈如

「氫」能補拙 氫氣環保新概念  

近年來氫氣備受國際關注,也會成為未來國與國之間貿易的物品之一,經濟部能源局也有成立氫氣小組,致力推廣氫氣的使用,並與許多民間企業合作開發許多以氫能為動力的產品,希望可以朝著未來零排放的目標邁進。   

目前對於氫氣的應用最主要包含緊急供電時使用,再來就是交通工具,TOYOTA銷售人員何政緯也提到,氫能汽車最需要的就是散熱,以及要有足夠的補充站。雖然成本較高,但氫氣車排放出來的完全都是水,是零碳車的代表,最重要的是,再補充氫氣時大概只需要30秒的時間,也減少傳遞時消耗的能量。 

氫能被大量使用於電動車上。照片來源/iStock

不過目前民眾對於氫能源產品因為還存在的未知性很高,即便了解到氫能車不僅是環保的,也可以保護環境,不過還是沒有提高購買意願 。何政緯也點出,雖然氫能比電能又來的環保,不過才剛接受電能的民眾,又要他們立刻接受氫能車並非易事,從全民對於氫氣的不確定性到目前市場的普及性來說,我們還有很長一段路要走。 

大多民眾認為氫氣對於未來的發展是很重要的,不過還是有許多安全性的考量,相當很看好氫氣發展的可能性,也很支持台灣能夠自產氫氣。近年來受到氣候、或人為的因素,人們逐漸開始意識到能源的短缺,進而希望能夠透過更環保、更安全的方式來製造日常生活的原動力。然而,對於民眾來說氫氣還是很陌生,提高全民對於氫氣的用途以及觀念,也是朝向邁進氫能源非常重要的一步。 

Toyota汽車銷售員何政緯分析氫能汽車優缺點。攝影/王駿凱

經濟部能源局預估,在2050淨零排放後,氫氣能佔總能源使用量的20%,在未來也會是重要的能源之一。台灣目前有許多公司投入氫氣的產製,並研發相關產品。目前我國對於氫氣的認知不足夠,未來勢必需要投入更大的心力在研究上。

 

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