商業化產氫技術與低碳發展挑戰：材料世界網

黃霈瑜 / 工研院產科國際所

為了達成2050淨零排放目標，各國正積極推動替代傳統化石燃料的潔淨新興技術，而「低碳氫」可在多元應用部門扮演減碳角色，是現階段全球氫能政策的推動主力，也被產業界認為是未來最具有發展潛力的市場。然而，在商業化的過程中，面臨成本高昂、儲存及運輸技術問題，以及市場發展高度仰賴政策推動等議題，導致2024年下半年整體市場發展面臨現實挑戰。

【內文精選】

商業化產氫技術與市場發展趨勢

1. 現階段產氫以化石原料為主，低碳氫氣是未來供應主流

根據國際能源總署(IEA)《2024年全球氫能回顧報告》(Global Hydrogen Review 2024)指出，2023年全球氫氣生產量已超過9,700萬噸。其中超過80%的氫氣是透過化石原料製造，主要技術包括天然氣重組和煤炭氣化；煉油及其他石化產業的工業副產氫供應量約占15%；而低碳氫的占比在過去兩年中一直低於1%，年產量不到100萬噸，主要是通過化石燃料搭配CCUS技術生產的藍氫。

2. 再生能源電解製氫技術已達商業化，將成為產氫趨勢

(1) 再生能源電解製氫具有碳排優勢

以再生能源所產生的電力以及水作為料源注入電解槽，並透過電化學反應將水分解為氫氣及氧氣的製程，稱為再生能源電解製氫。因其製氫生命週期所產生的碳排放量，遠低於化石料源製氫或一般市電電網製氫(如圖三)，因此成為主要發展國家及開發業者之推動主力。

圖三、不同製氫技術的碳排放量

(2) 鹼性電解為短中期主流技術

整體而言，現今各種技術皆已達到商業化、MW規模的出貨等級，在技術研發上亦都以提升能源轉換效率、延長系統運轉壽命、降低設備成本為目標。AEC及PEMEC目前大型產品模組大概介於1 MW至20 MW間；而現行已安裝最大的SOEC，是由美國Bloom Energy製造，安裝在美國加州的NASA研究中心內，單一電解槽容量為4 MW；AEMEC近兩年亦從早期實驗室kW規模的等級提升，如德國Enapter主力產品之電解槽容量已達2.3 MW，且已取得來自美國Clean H2的訂單。

發展低碳氫市場的挑戰

1. 與化石原料製氫相比，低碳氫成本十分高昂

現階段低碳氫氣的生產成本與傳統灰氫相比仍存在顯著差異，使得在考慮儲存和運輸成本後，氫氣產品在應用端的價格非常高昂。灰氫在2023年的生產成本約為每公斤1美元至2.9美元，長期來看，可能會因天然氣價格微幅上升而有所變動，但整體波動不大；藍氫成本變化取決於碳捕捉、利用與封存(CCUS)技術的發展，現階段成本每公斤為1.8美元至4.7美元；綠氫由於再生電力的價格目前相對高昂，加上電解設備的設置成本仍然偏高，每公斤生產成本最多可達到12美元。

2. 運輸的技術與成本仍待克服

氫氣因為高熱值、密度低、活性高等特性，如何安全儲存以及運輸是應用的關鍵前提。常用的運輸方式有兩類：一是運氫槽車，指將氫加壓或液化後，以特殊材質的罐裝拖車運輸；二是輸氫管線，指直接將氣態氫氣注入特殊材質的輸氫管線，或是以一定比例注入既有的天然氣管線。跨國運送則以液態氫或轉為碳氫化合物等氫氣載體(如：氨氣、甲醇或甲基環己烷)，以船運方式進行。

然而無論以壓縮、液化方式，或是轉換為碳氫化合物的形式儲存及運輸，都涉及高度的能量耗損(如圖五)。且氫原子與金屬相互作用，容易導致儲存的材料出現氫脆的現象，因此需選擇特殊材料、強化安全係數與檢修，連帶拉升運輸與儲存的成本。例如挪威與德國於2022年簽訂低碳氫開發合作計畫，原本預計利用海底運輸管線運送藍氫至德國的氫氣發電廠，然而挪威方近期決議先擱置該計畫，原因是海底運輸管線的商業化技術目前尚未證明可行。