陳博 / 台灣區複合材料工業同業公會
氫能被譽為21世紀最具發展潛力的二次能源，具有來源豐富、潔淨環保、燃燒值高、無污染、可儲運等一系列優點。其於氫燃料電池汽車、堆高機、電站、通訊基站應急備用電源、船艇、飛機等之典型應用產品已逐步推廣或正開發之中，這也同步推升了儲氫瓶技術往輕量化、高壓力、高儲氫密度、長壽命之趨勢發展。相較於金屬材料，高分子複合材料儲氫瓶可以在保持相同耐壓等級的同時，減小儲罐壁厚，提高容量和氫存儲效率，降低長途運輸過程中的能耗成本。本文整理國際間高壓儲氫瓶的技術研發現況，也蒐集複合材料氫氣瓶在飛機、汽車、除雪車、列車、船艇、月球車等之應用。
【內文精選】
複合材料氫氣瓶/罐的發展歷程
現今工業上製造氫氣有四種方法：①化石燃料(通常是天然氣)製取氫氣；②化工副產物(如煉焦行業副產的焦爐氣)中提煉氫氣；③甲醇甲烷製取氫氣，甲醇水蒸汽重整是20世紀80年代崛起的一種製氫技術，加拿大、英國、澳大利亞等國家在這些方面進行了很多科學研究。這種製氫工藝十分完善，該技術與燃料電池發電技術高度集成，已應用在新能源汽車、通訊基站等領域；④充分利用太陽能、風能等大自然能量來進行水的電解。近十年來太陽光電與風電的規模化發展，使發電成本下降，電解水工法比重有望提升。
複合材料氣瓶/罐具有品質輕、高強度、高模量和可設計性強等特點，被廣泛應用於航空航太、建築、汽車、火箭等重要領域。由圖一可見，在五種貯氫方式中，高壓儲氫瓶/罐的重量是第二輕的。
圖一、氫類型與貯存容器重量/尺寸的關係
燃料電池汽車應用與氫能戰略布局帶動高壓儲氫氣瓶發展
近幾年內，一些大汽車公司也相繼推出了以自己的輕質高壓儲氫氣瓶提供燃料的燃料電池汽車，如豐田的FCX V4、FCX Clarity等；賓士公司的B-Cell、F-Cell等。使用的氣瓶的工作壓力在35~70 MPa之間，國際上，80 MPa的高壓儲氫氣瓶是實驗室目前開發的重點。
2018年2月，中國國家能源集團領頭成立了中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟，共有26家中央企業在氫能基礎設施建設、關鍵技術研發、產品推廣應用等場景進行氫能產業布局。2018年9月，中材科技成為氫能聯盟理事單位，在氫能儲運領域積極發展布局；中國建築材料科學研究總院開展了玻璃複合微管儲氫技術研究。2023年5月23日，國家標準《車用壓縮氫氣塑膠內膽碳纖維全纏繞氣瓶》和《高壓氫氣瓶塑膠內膽和氫氣相容性試驗方法》正式發布。
雙碳目標下複合材料氫氣瓶之應用
在全球「碳達峰、碳中和」之雙碳目標下，2021年已有超過26個國家(包括歐盟)發布國家級的氫能戰略規劃；2022年3月，中國發布《氫能產業發展中長期規劃(2021~2035年)》，2030年形成較為完備的氫能產業技術創新體系、清潔能源製氫及供應體有力支撐碳達峰目標實現。
1. 飛機
空中巴士公司計畫用氫燃料電池取代A330上的APU。一般飛機除了機翼上的發動機外，在飛機尾部還有一個噴氣發動機，這就是APU(Auxiliary Power Unit，輔助動力系統)，它是一種噴氣式渦輪發動機，連接到發電機上，為飛機機載照明、廚房和駕駛艙航空電子設備供電，並在提供加熱和冷卻的同時對機艙加壓。空中巴士公司正在展望一個更綠色的航空未來，其揭示了建造氫噴氣式客機的主要項目，這些客機不僅有一個完整的氫燃料推進系統，而且還有一個氫輔助動力裝置(APU)用來在機上發電。空中巴士公司想做的是，到2025年建造一款名為HyPower的技術演示機，用氫燃料電池取代空中巴士A330上的APU，從而降低傳統機組的排放和噪音水準。
2. 汽車
筆者認為：氫能源汽車(圖七)相比純電動汽車，在資源、環保、里程、可持續性等方面具有更大的優勢。德國福斯(Volkswagen)已為一種新型氫燃料電池申請了專利註冊，據其發明者稱，這種電池除了比現有的便宜之外，還能讓汽車在不加油的情況下行駛2,000公里。與現代和豐田氫燃料電池的主要區別是，福斯使用陶瓷膜而不是通常的塑膠(聚合物)膜，生產成本比聚合物燃料電池低得多，而且不需要任何種類的鉑 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、氫能源汽車
★本文節錄自《工業材料雜誌》443期，更多資料請見下方附檔。