蔡英文、康顧嚴 / 工研院材化所
前言
2025年日本智慧能源週在東京盛大舉辦，主題館包含氫能、太陽能、電池、智慧電網、風能、生質能、火力發電、碳中和、循環資源等項目，可說是亞洲最大且影響力最廣的再生能源展，其中包括：(1)氫能源及燃料電池展(H2 & FC EXPO)：展示氫的「生產」、「運輸」、「儲存」和「使用」等氫能源及燃料電池相關技術；(2)光伏展(PV EXPO)：展示從新一代太陽能電池到太陽能電站建設、維護和營運的全系列產品和太陽能相關技術；(3)電池展(BATTERY)：展示可充電電池開發和生產所需的各種技術、組件、材料和設備等；(4)智慧電網展(SMART GRID EXPO)：展示虛擬電廠(Virtual power plan; VPP)、需量反應(Demand Response; DR)相關技術、能源管理系統、可充電電池、電動車利用等技術；(5)風能展(WIND EXPO)：展示廣泛的風力發電技術，包括風力渦輪機、風電場建設、維護和運行以及海上風能技術等；(6)生質能展(BIOMASS EXPO)：展示生物質燃料、發電系統和熱利用技術等；(7)零排放火力發電展(ZERO-E THERMAL EXPO)：展示火力相關發電系統、發電廠設備、維護和運作技術、氫和氨的利用等。本文將以氫能源與燃料電池技術為重點，集合多場專業論壇及技術成果分享，以作為未來技術布局及發展規劃的參考。
全球各車廠積極投入燃料電池車技術發展及布局
歐洲企業在燃料電池系統領域也展現出強勁的技術實力，Symbio公司展示的StackPack™ 75燃料電池系統，針對城市和城際公車、長途客車、輕型與中型卡車及建築設備進行設計，並強調散熱效率與冷卻能力的優化，而Symbio的150 kW與300 kW系統採用了更高的運行溫度設計(95℃)，進一步提升效率。Power Cell公司則提供3~250 kW範圍的燃料電池系統，可應用於備用電力、移動載具及水下載具等，展現其技術廣度。德國EKPO公司亦展出高功率燃料電池電堆，如圖七，其新款400 kW電堆不同以往低電壓、高電流的電堆設計，在0.7 V電壓下可達900 A，效率提升至57%，操作溫度高達95℃，顯示其在重型卡車應用上的技術突破。
圖七、EKPO 400 kW電堆
燃料電池在其他領域應用及週邊零組件技術發展
燃料電池無人機應用方面，OKUMA、Niterra及上海協氫等公司均有展示相關技術。OKUMA使用TEIJIN的高壓氣瓶，但未展出電堆實體，顯示該技術仍處於初步整合階段。Niterra則採用英國Intelligent Energy電堆，如圖八，並結合其自主研發的超高電容技術，提升無人機應用的高效能輸出。上海協氫展示最大起飛重量達100公斤的四旋翼無人機，搭載兩個5 kW的石墨氣冷電堆，機體內部容納兩個高壓氣瓶。然而根據該公司減壓閥的流量數據，單一流量可能難以滿足5 kW電堆的氫氣需求，顯示該設計仍有進一步優化空間。
圖八、Niterra之燃料電池無人機水電解產氫技術發展與應用
水電解產氫技術發展與應用
燃料電池是一潔淨的發電系統，僅提供氫氣便能產生電力，且無二氧化碳排放產生，其中低碳氫又是扮演淨零減碳的關鍵角色，可應用於高值化學品產製及電力移轉等場域，結合再生能源之水電解產氫技術將是未來低碳氫供應主流。此次展覽中由TELEDYNE ENERGY SYSTEMS提出鹼性水電解產氫(AEL)系統，包含鹼性電解產氫模組、系統整合至後端太陽能供電搭載運作，與再生能源搭載之動態響應為3%/sec，可應付19%~100%動態負載變化，預定運作壽命為5年，KOH鹼液無需自行更換，僅需2~5年由工程人員協助檢修。
Hystar是一家挪威PEM水電解產氫的開發商，演講中提出有別於傳統PEM電解產氫作法，以薄電解質膜設計專利來提升電解效率，同時在陽極透過空氣循環來提高操作安全性，其中單元電堆規格為0.6 MW，透過模組化設計，以四個單元電堆組成一模組，進行產氫系統組成配置，依客戶需求進行產氫量的設計配置，且以模組規格5 MW組成評估，在100%負載下，電堆之運作效率為47.5 kWh/kg-H2，系統整合運作效率為52.2 kWh/kg-H2，未來商業推廣應用將以模組化的設計，逐步拓展至GW的產氫規模---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。