工業革命後的快速發展帶動了經濟繁榮，卻也耗去大量地球長久所累積下來的天然資源。大量消耗石化能源的同時，亦產生了空氣污染、酸雨與溫室效應等問題。聯合國世界氣候會議發表了京都協議書，二氧化碳與其他諸如甲烷、氮氧化物、鹵烷等污染氣體的排放量須逐年削減。而開發新能源產業亦是一項刻不容緩的課題，其中氫能源技術開發與應用將是新興能源產業中最重要的發展項目之一，因為氫氣經氧化反應的主產物是水，具有低污染的優點，且氫能屬於二次能源可重複再生利用，自然環境中含量豐富且再生週期短可不斷循環。而燃料重組器則為許多產氫方法中非常重要的技術之一，其可線上產氫並立即使用的特性，更直接避免了氫燃料於輸送與儲存技術上的困難，以及安全上的疑慮。
各國政府相繼投入大量資源研發
歐美日等先進國家近年均挹注大量經費於此，以2004年為例，美國在氫能發展相關計畫部份約2.7億美元，日本方面約3.2億美元，而歐盟則為1.6億美元[8]，而國內約為0.24億美元；到2006年歐盟更投入約3.6億美元於相關計畫投資，歐美日等先進國家均相繼投入大量經費，並擬定相關政策後方有這些成果。但目前國內於此部份投注的經費有限，遠不及先進國家，且由於新興能源市場始終未能拓展推廣於一般大眾，因此整個氫能源計畫始終停留在研究階段。而國內廠商如欲投入燃料重組器市場，除了重組器反應特性研究與經費來源外，將面臨的最大挑戰是推廣上的困難，一般人對氫能源的認知多半在於使用純氫之燃料電池，對於分散式發電系統中最重要的燃料重組器卻未能有較多的認識。
重組器(Reformer)技術的發展
重組器是一個可以將天然氣、液化石油氣、甲醇、乙醇或其他再生能源等燃料經重組反應轉化為富氫重組氣的反應器，其產生的氫氣可供燃料電池使用轉為電能，大大提高這些燃料燃燒所能供應的能量及燃料的多樣性，同時亦增進能源使用效率。以一般火力發電為例，石化燃料經燃燒轉為熱能，熱能轉為機械能後再轉為電能，經過層層能源轉換程序，能源效率只有25%~35%左右；而燃料經過重組器產氫後供燃料電池使用，一般能源效率約30%~50%，若搭配副產熱能的回收利用，能源使用效率更可以提高至65%~80%。換言之，能源的使用效率更高，同樣的發電量可使用更少的燃料，經過更少的能源轉換設備，降低二氧化碳排放量及其他的污染物。燃料重組器產氫技術搭配質子交換膜燃料電池(PEMFC)，適合定置型發電系統、可供一般家庭使用或可攜式用途，具有系統操作簡便、系統體積小、啟動時間短、能源轉換效率高等優點。圖一以燃料重組器產氫搭配質子交換膜燃料電池發電為例，除了可明顯看出燃料重組器內的反應單元途徑之外，亦可看出線上產氫技術與集中式產氫技術兩者的不同。
圖一：重組器系統供氫搭配質子交換膜燃料電池之反應系統圖
資料來源：工研院材化所/工業材料雜誌第250期
目前燃料重組器技術是由少數廠商掌握，其系統大小與使用燃料各有不同，但主要多以生產富氫重組氣供應質子交換膜燃料電池發電為主要用途，表一即國際上發展燃料重組器系統主要的廠商及其使用技術與系統規格特性。目前投入線上產氫技術之燃料重組器的研究單位有：Argonne National Laboratory、Pacific Northwest National Laboratory、McDermott Technology 、Hydrogen Burner Technology、International Fuel Cell、Johnson Matthey、DaimlerChrysler AG、Wellman CJB、Ida Tech、Forschungszentrum Julich GmbH、Exxonmobil、Tokyo Gas、Osaka Gas，以及國內的工研院等等。圖二即為由工研院材化所研發之燃料重組器。
氫氣具有反應活性強及爆炸上下限範圍寬廣的特性，因此氫氣的輸送與儲存在安全上仍具有相當大的顧慮。基於此因素考量，線上產氫技術的燃料重組器便佔有相當大的優勢，利用既有且普遍的燃料通路(例如液化石油氣、天然氣、甲醇、乙醇…等等)，於反應器內經重組反應產生氫氣後，立即給予質子交換膜燃料電池(PEMFC)發電將氫能轉為電能，並回收燃料電池之陽極尾氣提供重組器所需之部份熱量，氫氣的生產與利用於線上直接完成，相較於輸送管或儲槽運送而言，氫氣所經過的管線路徑極短，若搭配質子交換膜燃料電池運作，氫氣立刻經氧化反應形成水並產生電能以供使用，大大降低了氫燃料在輸送與儲存上的安全顧慮。
表一︰國際上主要發展燃料重組器系統的廠商與其系統
資料來源：Dicks, A.,”Fuel Cell Systems Expained”/工業材料雜誌第250期
圖二：由工研院材化所研發之天然氣重組器實體照片
資料來源：工研院材化所/工業材料雜誌第250期
聯絡人：吳俊達 03-5932439
重組器的種類
目前燃料重組器的反應架構為：燃料重組產氫反應(自熱式重組反應、蒸汽重組反應或鈀分離膜)、高低溫水移反應(WGS)、CO移除單元(選擇性氧化反應、鈀分離膜或PSA)，系統架構看似簡單，但其運作涉及系統啟動策略、反應器設計、流程控管、觸媒選配、反應條件最適化以及水量、熱量控制等等各層面的技術，其實燃料重組器即為設計考量周延之小型化學反應系統。
進行蒸汽重組反應或自熱式重組反應屬於較傳統的燃料重組器，石化燃料經過重組反應產生富氫重組氣後，須再經過WGS水移反應，將重組氣中的一氧化碳與水反應成為二氧化碳及氫氣，除了可降低一氧化碳的含量以外，亦可提高重組氣中氫氣的濃度，如須供質子交換膜燃料電池使用，則須再經過CO選擇性氧化反應(PrOX)將富氫重組氣中的一氧化碳降低至20ppm、甚至10ppm以下。
採用蒸汽重組反應作為主要產氫方式的燃料重組器，其所生產的富氫重組氣具有高氫氣濃度(~70%)的優點，但一氧化碳的濃度亦相當高(8%~12%)，對後段的WGS水移反應及PrOX選擇性氧化觸媒的需求量更大，且蒸汽重組觸媒所需的反應溫度偏高(650℃ ~850℃)，須外加熱源與大體積的熱交換器，因此對反應器本體的保溫措施及熱回收設計的要求相對較高。整體而言，蒸汽重組器雖可提供氫氣濃度較高的重組氣，但具有系統體積龐大、啟動時間較長的缺點。
而自熱式重組反應重組器在構造與反應單元部份與蒸汽重組反應器相似，其所生產的富氫重組氣中的一氧化碳濃度較低(3%~9%)，但氫氣濃度亦較低(40%~45%)，但由於重組反應觸媒所需的反應溫度較低(450℃ ~550℃)，且重組反應所需的熱源，可由觸媒同步進行之氧化反應提供，無須外加熱源，其所產生的富氫重組氣中一氧化碳濃度較低，亦可降低後段WGS水移反應及PrOX選擇性氧化觸媒的需求量。相較於使用蒸汽重組反應的重組器而言，自熱式重組器所提供的富氫重組氣雖然濃度較低，但具有系統體積小、啟動時間短及無須外加熱源的優勢。
至於採用鈀分離膜的薄膜式重組器，則是在蒸汽重組器中利用鈀合金(Palladium-alloy)薄膜作為分離單元，因此無須WGS水移反應或PrOX選擇性氧化觸媒，即可獲得高濃度的氫氣(~99%)，且因產生之氫氣立即由鈀分離膜進行分離，重組反應因而不受化學平衡限制，可在較低的反應溫度下進行重組反應(500℃ ~550℃)。因此，薄膜式重組器具有系統構造簡單、系統體積小、氫氣濃度高、效率高的優點，但因薄膜式重組器使用鈀分離膜單元的緣故，而有壓降大的問題，且鈀分離膜的成本偏高，同時亦有鈀分離膜劣化與耐久性的問題。
圖三︰傳統燃料重組器與鈀分離膜重組器在反應單元的不同
資料來源：Zissis, Hygrogen, Fuel Cells, and Infrastructure Technologies, 2003/工業材料雜誌第250期
★詳全文：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=6354