氫能競逐未來能源的挑戰

愈來愈多人看好氫能的前景,但相較電動車的爆發性成長,氫能這幾年的發展卻顯得步履蹣跚。圖/美聯社
愈來愈多人看好氫能的前景,但相較電動車的爆發性成長,氫能這幾年的發展卻顯得步履蹣跚。圖/美聯社

文/陳祈典 任職經濟部國際合作處

歐盟執委會今年3月公布的新產業戰略宣示將投入氫能發展,並在7月成立「歐洲清淨氫能聯盟」,結合各方資源建立氫能產業鏈,看好其具取代石油之潛力。儘管已有愈來愈多人看好氫能的前景,但相較於電動車的爆發性成長,氫能這幾年的發展卻顯得步履蹣跚。

氫是地球及宇宙間蘊藏量最豐富的元素,來源不虞匱乏,它也是週期表上所有化學元素的始祖,太陽就是不斷進行核融合反應將氫聚變為氦,並產生能量與光明。燃料電池將氫氧進行化學作用發電,僅排出唯一的廢棄物─水,不會產生二氧化碳,且只要持續提供燃料即可不間斷發電,不像充電電池用完後需等待充電,是最理想的清潔能源,目前多用在電網無法涵蓋的地方,如深山的基地台、偏鄉的電力使用或太空計畫等。

若能將再生能源的多餘電力來電解水,產出的氫就是絕佳的「能源載體」,從發電到用電全程都不會造成環境負擔。日本是目前最積極發展氫能的國家,已設置超過100個加氫站,它在福島打造全球最大的太陽能製氫廠,藉此熟悉氫能管理系統,調節氫氣製造使電網供需平衡。

把燃料電池裝進電動車裡就成為氫能車,利用氫發電提供動力。但電動車的發展建立在現行人類行之有年的發電架構上,只要末端的充電設施建置完成,電動車的續航力及品質達一定水準就能引起消費者興趣。

相較之下,氫能車則是建立在幾乎是全新的工業基礎上,如何生產、儲存、配送及設置加氫站等都還在摸索調整。美加兩國的加氫站僅共47座,大多分布在加州,因為加州對綠色能源提供補貼,但這造成氫能車長程旅行的困難,且有時配送事故會造成加氫站無氫可賣,這都讓美國消費者對氫能車躊躇不前,其二手車市場也乏人問津。

目前氫氣的生產大約96%來自石化產業鏈,稱為灰氫,包括煤、天然氣及石油等都能轉換為氫,成本較低,約每公斤1美元,但生產過程中會排放大量二氧化碳,其中僅甲醇因含碳量少且在常溫下可採液體方式儲存運送,因此甲醇水蒸氣重組製氫最被重視。電解水製氫的方式最環保,稱為綠氫,成本約每公斤3美元,再加上運輸及儲存成本約每公斤2~4美元,又每公斤氫氣的能量密度約1加侖汽油,則氫氣的使用成本約為汽油的兩倍。

安全性是氫的重大缺點,長期接觸氫的金屬,氫原子滲入金屬內部會造成機械性能嚴重退化,容易斷裂損壞,稱為「氫脆現象」。且氫的分子小、活潑又易燃,一旦和空氣混合,只要有一點火星就容易引起爆炸,如20世紀初氫氣飛船「興登堡號」爆炸及2011年日本福島核電廠意外氫氣引爆等痛苦回憶,這使氫的處理、運送與儲存格外困難,目前的技術以碳纖維複合材料為主。有科學家宣稱可採用化學吸收劑將液態氫吸收混合,之後再以催化劑還原釋放,如此可常溫常壓儲氫,並利用現行石油輸送體系,此方式若可行將具革命性影響。

氫氣最適合運用於需要高溫的重工業上,例如水泥、鋼鐵及化學業,這些產業傳統上仰賴煤炭加溫,排放大量溫室氣體。因為需要高溫的產業無法電動化,而氫在氧氣中燃燒時可產生攝氏3000度的高溫,正好可以彌補此空缺,協助擺脫對煤炭的依賴。最近聲勢大漲的氫能電動車新創尼古拉汽車發布同時採用電池動力與氫燃料電池的的4款卡車,並將先在美國設置5座加氫站。此係考量氫氣的重量非常輕,補充速度快且有優越的續航力。「畢竟在貨運中,重量是一切。一台卡車的空重決定它能夠載運多少貨物」,尼古拉汽車執行長米爾頓說。

綜上所述,儘管馬斯克對氫能嗤之以鼻,且它在應用上仍面臨諸多困難,但氫能在未來能源的競逐上仍持續被看好。若政府對氫能的技術研發與基礎建設能適時提供誘因,將有利於其提早商業化。

>>訂閱名家評論周報,關心全球財經大小事

延伸閱讀