張皓評 / 工研院材化所
隨著全球對減碳的關注，氫能作為清潔能源在交通領域逐漸受到重視。氫燃料電池車(FCEV)與電池電動車(EV)是主要的減碳方式，然而相較於電池電動車發展迅速，氫燃料電池車仍面臨基礎設施不足與高加氫成本的挑戰。加氫站作為關鍵基礎設施，對推動氫能經濟至關重要。台灣位處亞太能源轉型的核心位置，面臨能源自給率低與高碳密集產業的挑戰，氫能的應用被視為解決能源與環境問題的重要方案。在政府政策支持與產業界積極投入下，台灣已規劃完成示範加氫站建設，並計劃於2025年啟動試運行。儘管如此，加氫站的高建置成本、氫氣來源的穩定性與安全性等挑戰仍需克服。本文將探討國際間氫能交通應用的現況，特別是加氫站的發展與挑戰，並深入分析台灣氫能產業的發展趨勢與未來展望，提供關於氫能交通應用發展的洞見，為推動台灣氫能經濟提供具體策略建議。
【內文精選】
氫能交通應用
1. 國際間加氫站發展及氫能載具現況
根據國際能源總署(International Energy Agency; IEA)於2024年上半年度發布的《全球電動車展望》報告，2022年至2023年間，全球氫能車輛數量由72,100輛增至87,600輛，年成長率為21.5%。韓國顧問公司SNE Research於2024年2月發布的全球氫能車輛銷售調查數據顯示，2022年與2023年全球氫燃料電池車累積數量分別為68,378輛及82,829輛，成長幅度為21.1%。截至2023年，全球氫燃料電池車累積銷售數量約為83,000~87,000輛(其差異來源主要取決於以新車銷售數據或是新車掛牌數據，儘管各調查機構蒐集之數據有些微差距，但整體趨勢仍一致)。圖一中整理2017~2023年各年度全球氫能載具的銷售數量；相比之下，IEA於2024年的報告指出，全球電池電動車(包括純電動車EV與插電式混合動力車PHEV)於2023年新增約1,400萬輛，市場保有量由2022年的2,600萬輛增至約4,000萬輛，其中純電動車占比高達70%。
圖一 、全球氫能載具年度銷售數量
加氫站技術發展近況
當考慮氫氣用於運輸領域的情境時，其中包含氫氣生產、運輸、儲存以及配送，依照氫氣的生產方式，可分為場外製氫及現地產氫兩種模式。在零碳排運輸載具的商業化過程中，相較電池電動車的大規模應用及高市占率，推廣氫能交通應用的主要挑戰及限制包括：高生產成本、高儲存要求及成本、高配送成本，以及儲存、運輸及使用過程中的安全議題。
在運營成本方面，由於目前較為成熟的製氫方式為煤製氫、天然氣製氫、工業副產氫，透過這些方式生產的氫氣被分類為灰氫，生產過程中會產生二氧化碳，需要進一步採用碳捕捉技術，或是開發綠色製氫技術，方能符合減碳排的需求，但相對製氫成本會提高，若再加上運輸的成本，將導致銷售中的氫燃料成本居高不下。
2. 氫氣充填過程升溫現象
氫氣加注過程中，由於高壓氣體快速進入儲氫罐內，會產生顯著的溫升現象，這是由焦耳–湯姆森效應(Joule-Thomson Effect)所引起的熱力學現象，此現象對於加氫效率、儲氫罐的穩定性及氫氣充填量均會產生一定的影響。
3. 安全標準及協議
為解決加氫過程中的安全問題、滿足技術要求，並提供與傳統燃油加注相當的用戶體驗，美國汽車工程師協會(SAE)開發了J2601系列加注協議，針對不同車輛類型規範了加注時間及技術參數：輕型車輛加氫目標時長為3~5分鐘，重型車輛加氫目標時長為10~15分鐘。
SAE J2601系列協議包括以下四種類型：J2601適用於輕型車輛、J2601/2適用於重型車輛、J2601/3適用於工程車輛、J2601/5適用於有高流量需求的重型車輛。在加氫協議框架中，普遍使用兩種加氫方法，包含基於表格法(Table-based Method)與基於質量與熱容量公式法(MC Formulabased Method)。根據Reddi等人的模擬試驗成果指出，基於質量與熱容量公式法可動態計算加氫壓力的平均變化率，加氫速度顯著高於表格法，在動態控制和操作效率上具有明顯優勢。
台灣氫能產業交通應用發展趨勢
1. 台灣加氫站建置現況與發展規劃
台灣的加氫站建置仍處於初期發展階段，政府正努力擴展氫能基礎設施，尤其是加氫站的數量與分布，目的是支持氫能載具及氫能巴士的普及。在氫能交通應用發展方面，如圖七所呈現，台灣已修訂「加油站設置管理規則」，允許既有加油站設置加氫設備，第一座示範站位於南部，預計於2025年初開始試運營 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、台灣氫能交通應用法規與規劃
★本文節錄自《工業材料雜誌》458期，更多資料請見下方附檔。