<p>能源是人類文明的基礎，現代社會享受的各種便利科技，許多都來自煤炭、石油、天然氣、核能等能源的支持。然而，能源消耗隨之而來的溫室氣體、環境污染等後果，也是不容忽視的問題。在此之下，人類希望追求更乾淨、更有效率，更加便宜的能源來源，「氫能」是富有潛力的未來之星，其中「生質氫能」（biohydrogen energy）便是前景看好的一大方向。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>氫能：更乾淨的能源新方向</strong></span></h2>
<p>氫能是什麼？一如燃燒石油獲取能量，氫能來自氫的轉換。任教於逢甲大學綠色能源科技碩士學位學程的賴奇厚教授解釋， 從環保角度來說，氫能有許多優點。和燃燒石油、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。</p>
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<p>作為一「類能源」，氫能有不同的利用形式。賴奇厚教授解釋，氫可以通過燃燒產生熱能，在熱力發動機中產生機械功；也可以作為用於燃料電池的能源材料，或是轉換成固態氫，作為結構材料。以氫代替煤和石油，不需要大幅改造既有的技術裝備，只要對現在的內燃機稍加改裝即可使用，也是能源轉型上的優勢。</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2024/03/8-1_1040x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">根據氫氣的來源，可以分為灰氫、藍氫、綠氫等種類。</div>
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<p>近年在淨零碳排的趨勢下，氫能受到不少重視。同為氫能，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。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>生質氫能：同時處理有機廢棄物的綠氫產物</strong></span></h2>
<p>賴奇厚教授表示，目前最普遍的綠氫生產方式，是以太陽能或風能等再生能源產生的電力，電解水獲得氫氣。另一值得探索的路徑則是將固體廢棄物或是廢水，透過微生物轉換為氫氣，可謂永續的生物氫能生產方式。</p>
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<p>透過微生物轉化產出的氫氣，能夠直接以氣體的形式儲存到專門儲存的基礎設施，再轉移給鋼鐵產業、交通機具加氫站，或是燃料電池進一步應用。也能先將氫氣轉換成液態綠氨，再運輸至氨儲存設施；最後透過燃氣場混燒氫氣，或是燃煤電廠混燒氨等方式應用。</p>
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<p>賴奇厚教授指出，生質氫能的生產成本目前還是偏高，但是全球正面臨 2050 年達到淨零排放目標的艱難挑戰，生質氫能的永續特點令人期待。</p>
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<p>逢甲大學環境工程與科學學系的講座教授林秋裕解釋，利用生質物當原料，或是利用微生物當菌種製造可作為能源的氫，便是生質氫能。綠氫的不同生產方式中，生質氫能來自本來就需要處理的有機廢棄物，轉換處理過程又使用生物方法，相對於其他物理與化學方法，生物方法獲得綠氫的能源消耗相對較低，因此減碳效益更佳，也更具有環保的意義。</p>
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<p>生產生質氫能，可以透過光合產氫、光發酵產氫，以及暗發酵產氫等方式。目前為止相關研究以暗發酵產氫最多，近十餘年來均占 47～49％，在產率、生產速率、料源與環境操作條件等方向都最具競爭力與實用可行性。</p>
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<p>林秋裕教授表示，這方面的進步與改善方向，與所有生質能源或氫能源技術一樣，皆為尋找量多、質佳，成本低的料源。再來是針對各種料源找尋有效的菌種，指標為提升產量跟效率。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>將廢棄物化為能量</strong></span></h2>
<p>以林秋裕教授自身的經歷為例，他投入相關研究的契機可以追溯到上個世紀末，他研究有機廢棄物厭氧發酵產生甲烷時，發現過程中酸化階段的氣態物，含有 30～ 40％氫氣。當年能源科技界的重要議題之一，便是利用氫的燃料電池。他認為將有機廢棄物，轉化為燃料電池可以使用之氫氣，應該具有能同時解決環保與能源問題之意義，因此組團繼續深入探索相關技術。</p>
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<p>而賴奇厚教授之所以投入生質氫能，也和林秋裕教授有關。他回憶，林教授 1997 年前往日本參加一場「厭氧消化」的國際研討會，有人提及利用厭氧方式製造氫氣；這令林教授想起之前指導的一項失敗研究，試圖生產甲烷氣卻含高濃度氫氣，似乎有其他的突破方向。此後林教授改以氫氣角度出發，2000 年時在逢甲大學成立團隊，賴教授也是在那時以碩士生身份加入團隊，展開生質氫能的研究生涯。</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2024/03/8-2_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">發展生質氫能，可以一次解決廢棄物處理、能源兩個問題。</div>
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<p>林秋裕教授表示，他的團隊在多年努力之後，找出混合菌生產氫氣之新方法及其動力學、有效增加生物氫產率之反應槽與提高產氫菌濃度的固定化細胞技術，以及碳/氮比操作條件和營養鹽配方，厭氧產氫速率達到世界第一，成為國際少數具正淨能量產出之技術。他與民間廠商、多家牧場、農園，在國際上與印尼 Manado 市、泰國 Khon Kaen 大學合作，並於逢甲大學設立桌上型氣態能源製造系統 、噸級模廠、行動型諧能發電站、綠色氫加氣站、生質能魔法園區，實現教育、研究與實務的應用。</p>
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<h2><strong><span style="font-size: 20px;">在地技術，國際交流</span></strong></h2>
<p>從個人、產業到國家層次，能源都至關重要。林秋裕教授認為，從國家發展層面而言，產製生質氫能，使用在地的廢棄物料源，算是不受他國影響之能源產製方法；相關應用採取分散式能源供應系統，而且技術屬於我國開發，因此安全性高。</p>
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<p>研發與運作新銳技術，都有賴人才培育。賴奇厚教授以逢甲大學舉例，目前大學部設有「再生能源與永續社會學分學程」，以及「綠色能源科技碩士學位學程」與「學士後工程與科學學院淨零智慧永續學士班」培育專業人才。在 2010 年成立跨領域之綠能科技暨生技產業發展研究中心，開發的兩階段厭氧發酵系統 HyMeTek，成為臺灣領先國際的生質氫能技術。又藉此衍生出國際平臺「世界生物氫能聯盟」（World BioHyLinks, WBHL）。</p>
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<p>發展能源技術也能促進外交及區域交流。林秋裕教授指出，他的團隊利用相關技術，2009 年在亞太經合組織成立「APEC 先進生質氫能技術研究中心」，又在 2017 年正式通過為常設單位，與印尼、泰國、越南等擁有豐富農業生質料源的東南亞國家，建構密切的合作網絡，有效建立科技外交，以科技為語言，朝向共同減碳為目標。</p>
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<p>（客座總編輯｜國立中央大學機械工程學系 講座教授兼工學院院長 蕭述三院長；研究顧問團隊｜逢甲大學林秋裕教授、 逢甲大學賴奇厚教授；責任編輯｜曹盛威、趙筱文）</p>
