<p>近年全球面臨了氣候變遷的嚴峻挑戰，而具備有高熱值、零碳排的氫能，也成為 2050 年淨零排放目標的世界能源新寵兒。試想未來我們能夠將純淨的氫氣透過安全輸送方式，送到有需求的地方，並將氫氣轉換成電力形式提供給小客車、公車等交通運輸載具，或是備用電源、燃燒器等終端裝置使用，其反應後排放物質是純水，而不會排放污染氣體或是二氧化碳；這對於2050的淨零排放目標提供了重要的解方，不難理解為何氫能能成為世界能源的新寵兒。</p>
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<p>但氫能究竟是什麼？為什麼能從氫氣變成電力？甚至，又有哪些挑戰需要面對？讓我們一起來聽聽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怎麼說！</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>氫能，世界能源的新寵兒</strong></span></h2>
<p>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；因此如果我們想要取得氫氣（H₂），需要從含有氫之化合物提取。目前工業界主要以蒸氣重組法，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），不過這種方法的缺點就是會排放大量二氧化碳。</p>
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<p>另一種常用方法則為電解法：就是將水電解為氫與氧。若電解能量來源為綠色能源（例如太陽能、風能）等，則氫氣製造過程，就沒有碳排，稱之為「綠氫」。由天然氣經過蒸氣重組的稱作「灰氫」，碳排量高，若是將其排放之二氧化碳捕獲、利用與封存（Carbon Capture Utilisation and Storage, CCUS），即稱為「藍氫」。如果想要達到 2050 淨零排放目標，氫能就會成為必要發展之技術與最大挑戰。</p>
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<p>氫能是將能量用於製氫，把能量儲存於氫氣中，作為後續不同方式的使用。氫氣應用有非常多種，其中一種是發電，不論是透過燃料電池，或是燃燒等方式，均可轉換為電力使用。氫能在工業應用也非常多，例如鋼鐵業、半導體業、化工業等。餘氫回收再利用也是氫能發展非常重要的一環，氫氣純化是重要技術關鍵；而中鋼目前則努力於高爐爐頂氣回收，移除爐頂氣的CO₂，則可提高H₂濃度，增加還原能力。</p>
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<p>因為 2050 淨零目標，未來化石能源發電方式將大幅下降，再生能源比例則大幅提高，而綠能電力為間歇式的不穩定電力，需要搭配儲能。蕭院長指出，太陽能發電需要儲能時間（白天-晚上）相對短，為短時儲能，可用鋰電池、液流電池等；離岸風電則可能需要季節式的長時儲能，但鋰電池不適合長期儲存，以氫氣方式儲存為較佳儲存方式，非常適合風力發電。且臺灣的風場在海上，有足夠的海水可以電解，因此將氫氣輸送到岸上可能比建立電纜更為經濟。</p>
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<h2><strong><span style="font-size: 20px;">氫能：零碳排的未來能源？</span></strong></h2>
<p>氫能產生電力，可分為燃燒或燃料電池方式。氫燃燒是氫能利用的一種有效方式，氫氣在氧氣中燃燒時，會產生淡藍色火焰，並生成水（氣態）。若在純氫容器（或管道），純淨的氫氣並不會燃燒。但於開口附近接觸到氧氣，很容易達到爆炸極限，點燃導管內及容器內的氫氧分子，發生劇烈的化學反應。由於化學反應發生在有限空間，且反應放出大量的熱，將使產生的氣體迅速膨脹而產生爆炸。</p>
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<p>以汽車動力為例，用氫燃燒的汽車，就像以氫氣取代汽油，在內燃機引擎中燃燒氫產生動力。不過，氫引擎面臨技術瓶頸較多，目前尚在技術發展中。</p>
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<p>燃氣發電機組用的天然氣，可以混合少量氫氣以減少碳排，適合大規模發電的氫燃燒應用。而純氫燃燒技術瓶頸較多，因此仍大多以混燒方式進行。蕭院長提到，目前國際普遍認為混合 5～15％ 氫氣應能達成，而台電已在試行天然氣混合 5％氫氣發電。</p>
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<p>至於純氫之氣渦輪發電機，仍在研發中。若氫氣來源為綠氫，則其燃燒產物就不會產生二氧化碳，也就是大家的目標零碳排。我國也規劃於 2050 年，9-12％電力來自於氫能源。</p>
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<p>另一個選擇是燃料電池，燃料電池是利用氫氧化學反應，可以提供像是工業、防災等電力使用，以區域發電為主。若以汽車來說，就是把電動車的鋰電池換成燃料電池，目前已有商業販售的氫氣燃料電池汽車。</p>
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<p>雖然氫能有著諸多優勢，但蕭院長也不諱言，目前在氫能的發展上還是有著價格、效率、安全、氫氣來源等問題需要克服，而目前研發上是以產氫技術、儲氫技術及氫能應用為重點。</p>
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<h2><strong><span style="font-size: 20px;">氫能：超越交通，開啟綠色能源新時代</span></strong></h2>
<p>氫能的應用已經拓展到許多意想不到的領域。例如，在大型載具方面，由於氫燃料電池可以提供強大的動力和續航里程，因此非常適合用於卡車、巴士等大型載具。目前，許多國家開始示範氫燃料電池卡車和巴士，並取得了良好的效果，從 2023 年起經濟部能源局就開始支持氫能燃料電池巴士製作與運行，交通部力拚在 2024 年啟動氫能公車試辦運轉。在潛水艇和船艦方面，氫燃料電池可以提供動力，並在水中產生氧氣，相當適合用於潛水艇和船艦，因此德國、法國等許多國家開始研發氫燃料電池潛水艇和船艦。此外，氫能還可以轉換為氨，用於發電或運輸。氨是一種化學物質，可以由氫氣和氮氣合成。目前，已有許多國家開始研究氨能的應用。</p>
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<p>氫能源在全球各地已經廣泛應用，臺灣更是力拼今年啟動氫能公車試辦運轉，表明了人們對清潔能源和可持續發展的追求。隨著技術的進步和成本的下降，氫能將在能源領域發揮越來越重要的作用。</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；責任編輯｜曹盛威、趙筱文）</p>
