能源善道（8）：氫能，最終極能源方案

科幻小說家凡爾納（Jules Verne）在1874年出版的小說《神秘島》裡提到了水作為未來能源的概念，他說水分解成氫和氧後，氫可以用作燃料，提供無窮無盡的熱能與光能， 水將成為地球未來的燃料。1 9 6 9 年7 月， 阿波羅11號乘載三名太空人成功登月，並平安返回地球，氫燃料技術的應用首度幫助人類實現登月夢想，未來已然到來。 氫燃未來能轉新局氫能源究竟是什麼？絕大多數人都對它一知半解。氫（H2）是一種原子，是宇宙中最輕、最簡單、含量最高、最豐富的化學元素。氫氣無色、無味、無嗅，它可以以氣態、液態和固態的形態存在。氫無處不在，但它通常以化合物的形式出現在我們周圍，比如：它和氧合成水（H2O）、和甲烷（CH4）合成天然氣、和乙醇合成酒精（C2H2O）。 只要將氫原子從這些化合物中分解取出，儲存到燃料電池裡，或是將之轉化成氣態、液態或固態的氫載體中，就能直接或是再經過化學方式將氫原子轉換成電力，因此，氫能也被稱為“二次能源”。 水力、太陽能、風能等是取自大自然的再生能源，雖無碳排，但受限於間歇性與儲能技術，難以穩定供電，亦無法完全滿足工業生產及長途運輸等高能需求。對於難減排的行業，如：航空業和煉鋼業，電力並不適用，電池容量有限且有廢棄問題，而重型運輸亦難以電氣化。因此，人們需要還另一種能源，而氫能就是最佳的且最重要補充選項。 氫能所具備的特性能彌補其他能源的不足，首先，氫能是一種來源多元、潔淨且高效率的能源，它可從水、天然氣、生物質等多種“材料”中製得，水可循環再生，不像石油那樣有資源枯竭的問題。氫轉化為電能後，只會產生水，不會排碳，是名副其實的清潔能源，尤其是綠氫。其次，氫作為電能的載體，可以長期儲存能源、可以遠距離運輸，也可以傳遞由其他能源所產生的能量，我們可以將太陽能、風能、水電用於製氫，將氫原子儲存後再輸送和使用，這就能解決再生能源間歇性的問題。 第三，氫能可作為能源互聯的橋梁。以往傳統能源各有各的傳輸系統，分為電網、熱網、油氣管網，這使得不同能源之間轉換效率低。而氫能可透過燃料電池或化學反應，實現不同能源之間的轉化與整合，提升整體系統的運行效率。第四，氫的能量密度極高，每公斤氫氣釋放的能量約為石油的3倍、天然氣的5倍，適用於重型運輸、航空或長距離運輸等高能需求場景。第五，氫能的應用場域非常廣泛，從工業生產、交通運輸到商業和居家供電與供熱，都有可觀的發展潛力。因此氫能被視為最終極能源解決方案。 氫遍工業滲透生活其實，氫對人類而言並非新事物，人類對氫的了解始於16世紀，氫氣在工業和化學領域的應用已經超過一百年，它一直是各行各業中不可或缺的重要角色。在化學工業裡，氫是製造肥料所需的氨氣的關鍵原料，也用來合成像甲醇、鹽酸這些常見的化學品。在煉油產業中，氫氣可幫助把重油轉換成更有價值的燃料，還能清除其中雜質。在高科技產業，如半導體和太陽能電池的製造過程中，需要用到氫氣來保護材料，確保品質穩定。在金屬加工方面，氫氣能提純金屬，防止生鏽或氧化。氫氣還跟我們的日常飲食有關，例如製作人造奶油、花生醬、烘焙用油時，就會用到氫來讓植物油變得更穩定、更容易保存。在醫學上，氫氣也被研究應用於抗氧化治療和氣體分析等方面。我們穿的合成衣料，例如聚酯、尼龍等，原料多半來自石油，氫氣在原料的製造過程中，也扮演提純和提升安全的角色。總的來說，氫不只是未來的清潔能源，它其實早已深入我們生活的方方面面。 氫氣分色 碳足有別氫原子必須從化合物中提取，這個過程通常稱為“制氫”。目前廣泛應用的製氫技術，有電解法、蒸氣重組法、裂解法等。氫根據製氫的“原料”和技術來分類，如：灰氫、藍氫、綠氫、藍綠氫、粉紅氫、棕氫等，以下四種類型最為常見： 灰氫目前生產成本：每公斤0.6至1.4美元灰氫是使用化石燃料製造的氫氣，透過蒸汽重整法，從甲烷（天然氣）中分離出氫氣，其排放副產物中含有二氧化碳，每生產一公斤氫氣，大約會產生12公斤二氧化碳。灰氫的優勢在於技術成熟、成本低廉，但其高碳排不符合減碳需求，因此將逐漸被淘汰。灰氫是全球最常見的製氫方式，大多數工業以此來獲取工業過程所需的氫氣。 藍氫目前生產成本：每公斤1.8至4.7美元藍氫是種低碳氫，以天然氣來生產，再搭配碳捕集、封存（CCS）技術減少生產過程中的碳排。藍氫的碳足跡低於灰氫，且能利用現有的天然氣基礎設施，因此被視為能源轉型的過渡選擇。能源業者認為綠氫價格在2050年前，無法減低到到原本預期的水平前，因此藍氫將在全球氫供需市場中發揮關鍵角色。 綠松氫目前生產成本：每公斤2.5至5美元綠松氫是利用熱裂解技術製成，將甲烷分解為氫和固態碳。固態碳不會逸散到大氣之中，便於儲存也可用於煉鋼。由於生產過程碳排較低，被認為是比藍氫更環保的低碳氫氣選項。綠松氫尚未在商業規模上成熟，生產成本高，但由於固碳可進一步精製為石墨烯，因此其生產成本有機會由相關產業共同分擔。預計綠松氫會在綠色技術趨於成熟後才會加速發展。 綠氫目前生產成本：每公斤7至12美元綠氫是零碳氫，生產原料為水和再生能源，水透過電解槽分解出氧與氫，副產品中只有氧。雖然綠氫技術已相當成熟安全，但仍面臨不少挑戰。製氫、儲存與運輸成本偏高，特別是製造過程需消耗大量再生能源，導致成本居高不下。此外，發展完整的氫能供應鏈還需新建大量基礎設施，如製氫基地、輸氫管線、儲氣設施等，初期投入龐大。 根據國際能源署（IEA）2024年《全球氫能報告》，截至2023年，全球氫氣年產量約為9,700萬噸，其中綠氫與藍氫僅佔不到1%。國際可再生能源機構（IRENA）也指出，截至2021年底，全球氫氣中約47%來自天然氣、27%來自煤、22%為石油副產品，只有約4%來自電解水。灰氫仍佔全球氫氣供應的95%，綠氫發展仍在起步階段。 氫鏈驅動綠經濟潮隨著全球淨零轉型趨勢加速，氫能產業的價值鏈日益成形，其中涉及多個領域，包括上游製氫、中游儲運氫、下游應用氫等環節（圖表）。上游涵蓋不同的原料和製氫法，包括：再生能源電解水製氫、天然氣蒸氣重組製氫、工業副產品氣製氫、生質氣裂解製氫、熱裂解製氫等。 中游則聚焦於氫能的儲存與運輸。氫氣因密度很低，容易逸散且高易燃性，其儲存與運輸技術充滿挑戰，對於離岸製氫地區（如砂拉越）與進口依賴國家（如日本）而言，儲運方式是氫能工業的關鍵節點。現有主要儲存方式有：高壓氣態儲氫，將氫氣壓縮到高壓，儲存在高壓容器中；液態儲氫，將氫氣冷卻至-253oC使其液化，儲存在低溫絕熱容器中；固態儲存，將氫與金屬或合金反應形成金屬氫化物；化學儲氫，將氫以化學鍵的形式儲存在液體或固體化合物中，例如甲醇（Methanol）、氨（Ammonia）、甲酸、液態有機氫載體（LOHC）等。氫氣輸送可透過管道、罐車、拖車、船舶進行。氫能儲運方式取決於終端使用場景，以砂拉越為例，採用LOHC技術儲存氫能，船運至日本，這能降低壓縮或冷卻的成本與風險，而日本也有完善的應用設備能將LOHC轉為工業材料。 下游則是應用端的關鍵，在交通運輸領域，燃料電池技術已應用於巴士、卡車、火車、甚至飛機與船舶，尤其在重型運輸與長途物流中，具備高續航與快速加氫優勢。在電力與能源儲備領域，氫能作為再生能源儲能媒介，能協助平衡電網與實現季節性儲能；氫能可與燃氣混燒或用於氫燃氣渦輪發電，減少碳排。在工業領域，氫氣被視為高溫熱源與還原劑的替代品，尤其在煉鋼、水泥、化工等高碳排產業中，被視為脫碳的關鍵技術選項。未來，隨著“氫能社會”的推動，也有望進一步應用於家庭熱能供應、建築供電等日常生活層面。 透過上中下游這三大價值環節的整合，氫能不僅能成為能源轉型的核心支柱，也有潛力帶動新一波綠色經濟的發展。 圖表：氫能產業的價值鏈 氫氣風險靜電導因氫能可安全使用嗎？這是人們最關心的一點。今年4月雪州蒲種天然氣輸送管爆炸事件，令國人更加擔憂氫氣的安全性。無可否認，氫氣是一種非常不穩定的元素，它易燃、易逸散、具危險性。1937年，興登堡號飛船使用氫氣作為浮力氣體，飛船在降落過程中爆炸，造成重大傷亡。這件著名的飛船災難，讓許多人對氫氣安全性產生疑慮。然而，調查結果發現爆炸起因是靜電火花引燃了洩漏的氫氣。根據化學原理，當一個帶電體靠近一個導體時，靜電便會產生火花，這好比煤油接觸到火苗就會燃燒，就可能導致危險情況發生。當我們在加油站加油時，必須熄掉汽車引擎，就是為了要避免萬一手機突然響起，或者我們身上帶有靜電，產生火花造成危險。汽油是如此，氫氣情況也相同。 今年五月，亞太氫能論壇在古晉舉行，來自多國的氫能產業專家在論壇中分享現有的新一代技術和設備，包括：電解槽、儲氫罐、罐車、長管拖車等，專家們詳細解釋，隨著科技的不斷改進與成熟，氫能從壓縮、儲存到分配的相關技術、處理程序與監管防護每年都在大幅進步，並朝向更安全的方向發展，從安全的角度來看，是相當值得信賴的。 小結：在多種新能源之中，氫能引起了高度關注，鑑於氫能的多元用途及其脫碳潛力，全球各國正加速投入對氫能的投資，目前綠氫價格過高還無法普及，但在可見的未來，氫能將成為石油的替代品。再生能源成本的降低與技術的進步，將是推動綠氫生產成本下降的關鍵因素。 報道：戴舒婷 下篇再續