郭政柏 / 工研院材化所
在全球淨零排放與能源轉型趨勢下，氫能被視為工業、發電及運輸部門去碳化的重要能源。然而，氫氣儲存、長距離運輸成本高與基礎設施需求大，使具高儲氫密度、易液化儲運及既有供應鏈基礎的氨，成為具潛力之氫能載體。本文整理氨裂解產氫之主要技術途徑，包括熱催化、電化學、光催化及電漿裂解，並比較其操作條件、技術特性、優勢與限制；同時概述氨裂解觸媒之發展方向，以及全球代表性公司之技術布局與發展趨勢。整體而言，氨裂解產氫技術已逐步由材料與反應研究，走向工程整合與實際應用評估，未來有望成為低碳氫供應鏈的重要技術之一。
【內文精選】
氨裂解產氫技術途徑
目前將氨轉換為氫的技術路徑可概分為四類：熱催化裂解(Thermocatalytic Cracking)、電化學裂解、電漿催化裂解與光催化裂解。各技術成熟度、操作條件、優勢與限制整理如下表一。
▼表一、氨裂解產氫技術途徑整理
熱催化裂解為透過外部供熱將氨加熱至觸媒活化溫度，在觸媒表面促進N–H鍵逐步斷裂，最終生成氫氣與氮氣。其核心為利用觸媒降低反應活化能，使吸熱性的氨分解反應在可控溫度下高效率進行。此外，亦發展出結合膜純化之膜反應器耦合裂解製程，將氨裂解反應與氫氣選擇性分離膜整合於同一系統中，於反應過程即時移除生成氫氣；藉由降低產物分壓，可推動反應平衡持續朝裂解方向移動，進而提升氨轉化率，並有助於降低反應溫度需求。
電化學裂解則是利用外加電位驅動氨於陽極發生氧化或裂解反應，並在陰極生成氫氣。其本質是將氨的化學能轉換為氫氣與電化學反應能，優點是可在相對較低溫度下操作，但高度依賴電極材料與電解質性能；電漿催化裂解利用高能電子、自由基及活性物種所形成的等離子體，活化氨分子並促進N–H鍵斷裂，在較低體系溫度下產生氫氣與氮氣；光催化裂解則是利用光能激發半導體光觸媒產生電子–電洞對，進而活化氨分子並促進其分解產氫，其優點為反應條件溫和，具低溫操作與結合再生能源之潛力，但目前仍受限於光觸媒效率、量子效率及產氫速率偏低等問題。
從工程可行性與規模化潛力評估，熱催化裂解仍是現階段能兼顧技術韌性、設備擴展性及系統整合度的核心路徑。在『氫–氨能源經濟』的框架下，技術競爭焦點已由基礎的化學轉化，轉向更為嚴苛的製程優化與壽命管理。
從工程可行性與規模化潛力評估，熱催化裂解仍是現階段能兼顧技術韌性、設備擴展性及系統整合度的核心路徑。在『氫–氨能源經濟』的框架下，技術競爭焦點已由基礎的化學轉化，轉向更為嚴苛的製程優化與壽命管理。目前產業布局與觸媒開發的核心主軸，聚焦於解決以下四項關鍵指標的平衡 ---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》474期，更多資料請見下方附檔。