商業化產氫技術與低碳發展挑戰

 

刊登日期:2025/2/5
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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
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。
 
圖五、不同氫氣儲存型態的能量耗損
圖五、不同氫氣儲存型態的能量耗損
3. 市場發展高度仰賴政策,導致不確定性仍高
現階段低碳氫產量仍然偏少,未來整體市場的成長受到政策驅力的高度影響,大約有9成的開發專案仍處於早期評估階段,尚未達到最終投資決定或投入產出的階段。而截至2024年,總計有高達3,600億美元的公共資金投入推動市場成長,其中以歐洲、美國為主要發展地區 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》458期,更多資料請見下方附檔。

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