产业追踪／加速研发 填补技术面缺口

根据美国能源部先进研究计划署的研究报告，全球每年需要约5亿吨的氢气供应方能达成国际能源署规划的2050年净零目标，如果要彻底达到能源转型，例如燃料上完全取代天然气等，则预估每年需要约10亿吨的氢气。

如果期望全部是绿氢，以5亿吨目标及产出每公斤氢气需要45度电的效率，需要约22,500百万兆瓦时的电能，等于22.5兆度电（1度电=1千瓦时），这还不算压缩储存的耗能。以国际能源署根据各国再生能源建置规划的估计，2050年的全球再生能源发电量在25至30兆度电的规模，也就是说绿氢的生产要用掉几乎九成的再生能源。这还没有考虑以目前电解技术所需的贵金属如钯、铱和铂等，其需量预估是目前全球产量七倍以上。加上开采炼制或回收这些金属所需的能源，这个情境挑战很大。

比较务实的看法是在电能供应上，需要考虑使用具备便宜又环保的恒定发电电力，以解决再生能源不足。其次是需要加入从化石燃料裂解的蓝氢，以及从生质料源产氢，这两者与电解水不同，主要产生氢气的能量是热能，如驱动蒸气甲烷重组的吸热反应，包含后续二氧化碳捕捉与转化的热能均可由燃烧部分的甲烷或是氢气供应。使用生质料源产氢也是类似过程，只是若生质料源是吸收大气中的二氧化碳，这个过程中如不捕捉，则一般视为碳中和，也就是没有增加空气中的二氧化碳。如果捕捉，则可视为负碳。

总而言之，两个方式均不会对再生能源的供应产生负担，但化石燃料长远来看需面对枯竭的现实。值得一提是近年来为提升甲烷产氢效率及避免产生二氧化碳，许多研究使用电浆热裂解，直接产生氢气及固体的碳黑。若得以规模化，可解决碳封存的困难，同时其所产的氢发电部分可回馈提供电浆的电能，降低再生能源需求。

如果所产出的氢气用于发电，则须考虑其应用情境，重要指标是往返效率（round trip efficiency），意思是用1度电所产生的氢再去发电所产出的度数，用百分比计算。以再生能源储能并网的应用来看，其目的是解决再生能源发电不稳定问题，在剩余时储存起来供不足时补充。目前既有的储能方法的往返效率是：抽蓄水力75%至80%，飞轮80%至90%，化学电池75%至90%，电热（ETES） 65%至75%，压缩空气65%至75%。

目前技术上电解水的绿氢再转化为电能，往返效率为18%至46%，即使用效率较高的甲烷电浆热裂解，其效率仅也在20%至50%。其重要原因是氢在压缩储存或事液化需耗费额外能源，例如压缩将使用氢气原始能量的10%至30%，而液化更耗能，消耗氢气能量的30%至40%。再者氢燃料电池的产电效率通常在60%至80%。因此用氢来储存及发电的应用优势，在于能量密度需求高且无法直接触及电网的场合，如汽车、飞机、轮船或是没有电网与供电不稳的偏远地区。

从上述分析看，除非石油枯竭或开采成本过高，以再生能源驱动的氢经济现阶段很难取代石油经济，但在减缓全球暖化趋势下，两种经济活动将并存。

绿氢基本上需要的只是再生能源及水，因此对国家能源与工业生产的韧性极度重要。其次，不能忽略未来脱碳的氢经济所需要庞大产业链及商机，从各项数字与科学推论，许多问题都需要科技来解决，这也提供新创公司的机会。

带动氢经济发展是长远目标，氢能除生产课题外，还包含储存、运输及使用的层面，本文仅略窥氢气生产的情况与问题，其他层面及近年来逐渐受到重视的自然或地质氢，这些项目在规模放大上仍面临许多科技导入的缺口。这些就仰赖政府与企业合作，积极投入研发资源。（作者是台湾工研院副院长）