蔡英文 / 工研院材化所
DOE Hydrogen Program 2023 Annual Merit Review展會於華盛頓水晶城舉行，為期四天的展會中共有14個國家研究單位、190家公司及100間以上大學參與盛會，並發表研究成果。由大會盛況顯見氫能對未來淨零減碳推動的重要性。
美國國會立法，加速淨零減碳推動
從1980年起至2022年，全球因地球暖化，溫度已升高了0.89℃，嚴重的氣候變遷，造成全球氣候災害頻傳，人民家園及財產受到嚴重威脅。截至2022年止，美國主要能源消耗達100.4千兆BTU，其中石化能源居多，為36%；天然氣33%；煤炭10%；核能8%，而再生能源僅13%。為減緩地球暖化的危害，美國國會兩黨於2021-2022年立法通過基礎建設法案，其中，潔淨氫能預算達95億美金，包含10億美金於電解產氫、5億美金於氫氣製造及回收，另建置6~10個區域的潔淨氫能中心(Hydrogen Hub)，截至2023年已補助達70億美金(原規劃80億美金)，以加速氫能技術的部屬與研發。
同時配合降低通膨之減碳獎勵政策推動，如圖一，當產出每公斤氫氣所排放之CO2低於0.45公斤者，最高可獲得每公斤氫氣3美金稅收抵減，以獎勵低碳排產氫技術的研發。另也提供商用燃料電池車達30%的稅收抵減，以獎勵燃料電池車應用發展，每部最高抵減上限達40,000元，如Class 1-3為7,500元，Class 4以上達40,000元等，透過政策及獎勵措施推動，以激勵氫能產業的深耕與茁壯。
圖一、抗通膨之減碳獎勵政策推動
美國能源部(Department of Energy)以The Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office(HFTO)為氫能推動的核心，分為氫能技術(Hydrogen Technologies)、燃料電池技術(Fuel Cell Technologies)及系統開發及整合(Systems Development & Integration)三大發動主軸，並結合模擬、數據分析、安全及標準等技術建立，來加速氫能發展的商業化運行，其中氫能技術包含氫氣生產及氫能基礎建設；燃料電池技術則包含材料及元件與系統等技術開發；系統開發及整合則包括交通運輸、工業及化學品應用與電能儲存及電能產出等，透過各關鍵技術開發與場域示範運行，來確認各項開發技術的商業化可行性，並結合氫能技術及法規的研究部屬，訂定2030年達成50-52%減碳之中短程目標，2035年電力部門達到100%淨零碳排，且加速於2050年達成100%淨零碳排之長程目標。
Hydrogen Shot”1, 1, 1”
針對淨零減碳願景推動，美國能源部提出一項Hydrogen Shot”1, 1, 1”計畫，如圖二，預計10年內氫氣價格下降至每公斤1美元。其推動策略有三，策略一、逐步擴大綠氫應用需求，透過瞄準高碳排的終端使用，進行如中型及重型商用車、生質燃料及石化燃料、鋼鐵及製氨等產業之綠氫導入，拓展綠氫需求以降低氫氣成本，預計2030年達到每年1,000萬噸綠氫產出；策略二、降低電解產氫成本，依據2020年電解產氫成本分析，每生產一公斤氫氣成本約需5美金，其中電力佔3美元，資金投入成本約1美元，維護成本約1美元，除可透過稅收抵減及示範運行補助以降低資金及維護成本外，最重要的仍在於如何取得低成本之電解電力，如核能、水力及棄風棄光等，並透過大量再生能源示範場域的整合，確認產氫技術運行穩定性，以加速產氫產業的拓展。短期投入發展小型電解產氫系統，達到電堆模組成本100/kW，耗電量<50 kWh/kg H2，運作壽命10年之規格目標。預期2026年先降低氫氣成本至2/kg H2，並強化其國內供應鏈韌性，降低對關鍵材料及國外供應鏈的依賴，逐步達到2031年1/kg H2的目標。策略三、根據氫能產業發展之地理優勢，打造區域性氫能中心，並透過氫能中心相互連結，加速大量氫氣生產，以利達到Hydrogen Shot”1, 1, 1”的目標。
圖二、Hydrogen Shot”1, 1, 1”計畫推動
燃料電池技術扮演淨零減碳要角
重型商用車發展被視為高碳排終端使用產業的一環，優先進行燃料電池技術的導入以降低碳排。但要能廣泛的應用，系統成本仍是拓展的重要關鍵。現階段重型商用車載具應用，以輸出功率275kW及操作壽命25,000小時為成本估算基礎，2022年如產量每年1,000部之每kW燃料電池系統成本約302美元，可透過 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。