氫能經濟及燃料電池材料應用發展趨勢(上)

刊登日期:2016/5/18
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賴建銘、林俊男、蔡麗端/工研院材化所

前言
每年在東京 Big Sight 舉辦的 Word Smart Energy Week一直是全球能源產業界之盛會,從最早的 International Hydrogen and Fuel Cell Expo(FC Expo)開始,經主辦單位逐年整合包含能源製造、控能、儲能、省能等面向而成為綜合性展覽,近年來已成型的展覽包含有 FC Expo、PV Expo、PV System Expo、Battery Japan 、International Smart Grid Expo、Eco House & Eco Building Expo、Energy Market Liberalisation Expo、Wind Expo、International Biomass Expo 等主題,今年則有來自 31個國家的 1430個展覽攤位,展出項目除了包含應用系統及各重要關鍵零組件與材料外,各個展區內容每年會隨著產品的成熟度及產業技術的發展狀況而進行調整,因此也可看到運維管理之展示專區。

根據 Reed Exhibitions Japan 的統計,因應 Toyota 在去年推出燃料電池車(Fuel Cell Vehicle;FCV) Mirai 以及 Honda 在今年將推出 FCV Clarity,FC Expo 在今年受到極大的關注,展出的規模相較去年大幅度增加了 23%,而從展出的內容及專門技術之研討會主題,吾人也可以清楚看到,全球在氫能經濟與燃料電池的發展趨勢以及未來大量普及所需要面對的課題。

氫能經濟之規劃及發展
近年來大氣中二氧化碳等溫室氣體的濃度急速增加,全球各地產生愈來愈明顯之海平面上升、增溫及氣候變遷加劇現象,在 2015年巴黎氣候變遷會議之決議中,全球各個國家均得極力推廣與落實低碳排放之再生能源或替代能源,以期能達到減碳使地球降溫之效益,而氫與燃料電池技術為潔淨能源系統之利用提供了一條新途徑。

然而,燃料電池的高成本和缺乏氫能基礎設施是限制燃料電池應用市場擴展之最大阻礙。過去十年來,經全球研究人員在氫能與燃料電池材料之持續研究和不斷努力,加速了新材料之開發及改良,並已取得許多關鍵性之技術突破。同時藉由大量應用系統之示範運行,將所得到之操作參數進行優化及解決相關問題,使得應用系統更趨完備。隨著氫燃料電池技術的進步,近幾年來全世界燃料電池產品的出貨量已在不斷增長,同時以美、德、日等國為代表的先進國家,也不斷為氫能與燃料電池技術的發展和商業化,提供政策面之鼓勵和資金支援。

其中,以日本政府最為熱衷氫經濟,其氫能與燃料電池技術之進展,一直都是全球注目之焦點與指標。日本內閣會議在 2014年 4月通過「能源基本計畫」,內容包含了氫能源的應用與推廣,同年 6月,經濟產業省(Ministry of Economy, Trade, Industry;METI) 發佈日本 2040 年的氫社會策略地圖。根據地圖,對整個氫能發展策略可分成三個階段:
(1) ~2025: 氫能應用技術的擴張階段;
(2) ~2030: 大規模供氫系統的全面引進和建立階段;
(3) ~2040: 建立全面零碳排放之氫供應鏈體系。
 


圖一、日本的氫社會策略地圖

日本首相安倍晉三更在巴黎氣候變遷會議上稱氫氣為「未來的能源」,寄望它能幫助日本達成在與會之前所自設的降低碳排放目標。為了發展氫能經濟與落實氫能社會,日本在 2016 年仍然繼續保持了對氫能與燃料電池的高強度投入,今年計畫投入氫能與燃料電池的預算約達 3.71 億美元,其預算分配如下:補貼 ENE-FARM 家用燃料電池系統 1.7 億美元,補貼加氫站約 0.62 億美元,而以氫氣使用技術的研發預算則大幅成長至1.39億美元,其內容包含氫供應鏈示範項目、氫的製取與儲運等研發。另外,針對屬於乾淨能源之交通車輛,包含 FCV、 純電動車(Electric Vehicle;EV)、插電式油電混合車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle;PHV)及潔淨柴油車(Clean Diesel Vehicle)則提供了額外補助預算約 1.5 億美元。



圖三、德國政府於2023年之加氫站網路建置目標

另外,遠在歐洲的德國也不遑多讓,在2007~2016年期間,投入在氫能與燃料電池的研發計劃總經費為---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

※ 相關閱讀:氫能經濟及燃料電池材料應用發展趨勢(下)


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