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透過臺德氫能合作 推動綠氫技術與永續未來——專訪蕭述三校長

114/01/24 瀏覽次數 512
綠氫被視為永續能源之一

綠氫被視為永續能源之一。圖片來源:Scharfsinn/shutterstock.com

自工業革命以來,人類大量使用煤炭、石油等化石燃料,雖然促進經濟與科技發展,但也引發全球暖化問題。因此,近年來全球積極推動淨零排放,期望透過減少碳排放與增加碳吸收達成碳平衡。不僅如此,許多國家也已承諾在未來數十年內實現此目標,臺灣也於 2021 年跟進,期望 2050 年達到淨零排放。

而氫能,特別是綠氫,被視為達成淨零排放的能源之一。綠氫利用再生能源電解水生產,過程中不會產生溫室氣體,能減少對化石燃料的依賴,降低碳排放,是全球應對氣候變化的重要永續能源。

「大概是三年前,當時國家科學及技術委員會主任委員吳政忠率領臺灣團隊前往德國拜訪德國聯邦教育研究部(Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF),後來隔(2023)年 2 月,德國也派了參訪團來臺,雙方在經過相互了解後決定共同研發綠氫,並簽署了《科學及技術合作協議》(Science and Technology Arrangement, STA)。」此項計畫的主要負責人、中央大學校長暨機械工程學系講座教授蕭述三回憶道。

 

臺德合作:綠氫技術的研究與交流

蕭述三校長也提到,由於現行綠氫的生產成本高且能源轉換效率低,加上現階段相關技術和基礎設施還不完善、成熟,因此要達到大規模生產和穩定供應還有一大段路要走。所以在簽署合作協議後,雙方開始積極討論合作方向。這過程中,蕭述三校長曾率領團隊前往德國參觀氫能技術發展,並確定三大合作項目,分別是海水製氫與儲存、利用氨作為氫載體的綠氫運輸物流、綠氫在工業關鍵領域的去碳化和去化石化應用。最終德國-臺灣氫能合作計畫(Materials and Concepts for a Green Hydrogen Vector, MacGyver)於去(2024)年 11 月 27 日在臺灣舉行啟動會議,期望共同推動海水製氫、綠氫儲能等技術,並進一步建立雙方綠氫市場及價值鏈。

德國學者率領團隊來臺參與德國-臺灣氫能合作計畫啟動會議

德國學者率領團隊來臺參與德國-臺灣氫能合作計畫啟動會議。圖片來源:蕭述三校長(前排中央)提供

 

探索海水製氫與儲能技術

在這次合作中,臺灣首先提出海水製氫及儲存技術,蕭述三校長提到,由於德國跟臺灣政策相似,皆為非核家園,且臺灣預計再生能源在 2050 年將占 60 ~ 70%,因此再生能源的製造與儲存就變得非常重要。「海水製氫是一項複雜的研究,因為海水不是純水,所以如何利用離岸風電電解海水並不容易,也十分具挑戰性。」蕭述三校長說道。

不只是海水製氫,氫儲存技術也是臺德計畫中重要的一環。「目前風電廠主要在離岸,除了直接作為電力使用,多餘電力若能電解海水產生氫氣,再運回岸上儲存,等到我們需要時就能使用。」然而,風力發電不像太陽能發電有相對規律的日出日落、且負載轉移循環時間短,能將多餘電力暫存在鋰電池中並於夜晚使用。他進一步解釋,「手機就算充飽電,即使沒有使用,放那幾天也就沒電了,因此鋰電池不適合長期儲存。」

他接著提到,「但是在臺灣是秋冬時期的東北季風較強,夏天就比較沒有風,所以在秋冬我們會多出很多電力,超過我們一天所需。」再加上臺灣用電需求夏季大於冬季,因此如何跨季節儲電就成為重要課題。「而氫就是一個很好的載體,能有效地將能源長期儲存其中。」

 

氫能運輸的技術突破與未來趨勢

儘管臺灣積極利用自然資源發電,但由於地狹人稠,仍然無法完全依賴再生能源來滿足全國的電力需求。因此,在未來或許需要仰賴進口的情況下,如何降低氫能的運輸成本就成為關鍵。「氫氣很輕,儲存需要大量空間,目前常見的運送方法是高壓氫氣或液態氫。」不過這些方法成本高且耗能,在技術上仍有許多需要突破的問題。「液態氫的溫度極低,大概是 -252.8 ℃,輸送的過程中須保持這麼低的溫度,非常耗能。」蕭述三校長說道。

所以雙方將利用氨作為氫的載體輸送或氫氨轉化技術列為第二項合作目標。「氫和氨在化學上屬於同一家族,氫為 H₂,氨為 NH₃,但液態氨的熔點就比較高(-77.73 °C),相對不那麼耗能,如果用液態氨輸送,成本會較低。」蕭述三校長補充說明。有些產業(例如肥料或化工公司)甚至可以直接使用氨作為原料,進一步提高能源使用效率。

 

綠氫在工業領域的去碳化

而第三項合作則由德國提出,希望能利用綠氫實現工業關鍵領域去碳化,特別是仰賴煤炭的產業。「舉例來說,現在的鋼鐵廠依賴煤炭進行煉鐵,而高爐中排放的氣體中一定包含二氧化碳,我們一方面希望透過碳捕捉或再利用的技術來減少碳排放,另一方面也嘗試加入少許氫氣,以減少化石燃料的使用。」蕭述三校長說道。雙方期望透過雙管齊下的方式,在降低碳排的同時,又能推動傳統工業朝環保且永續發展轉型。

 

借鑑德國產官學經驗,打造本土氫能產業鏈

談到德國在氫能發展的布局策略時,蕭述三校長特別提到俄烏戰爭後的天然氣供應問題,讓德國更加意識到能源自主的重要性,因此投入大量資源發展氫能。他更不吝分享去年參訪德國時的所見所聞,「我們參觀了多家研究機構和企業,看到他們在電解水和電解槽技術上的創新,透過不斷降低成本來促進綠氫的市場應用。」

圖臺灣團隊於 2024 年 3 月赴德,參觀氫能相關設施

圖臺灣團隊於 2024 年 3 月赴德,參觀氫能相關設施。圖片來源:蕭述三校長(前排右五)提供

此外,讓他印象特別深刻的還有位在萊茵河輸運樞紐的氫能基地,在這個示範場域中,已經將氫能的運輸和儲存投入實際運作。「一個產業或科技的實踐需要縝密的布局,再加上資源的投入,這些是臺灣可以借鑑的地方。目前臺灣在資源投入和實際應用方面還有不足,需加強相關產業的布局與發展,才能推動氫能技術的進步。」蕭述三校長感嘆著說。

雖然目前臺灣的氫能市場還處在起步階段,尤其是氫燃料電池車與氫氣站等基礎建設方面相對較少,且價格高於電動車,但蕭校長對氫燃料電池車的前景充滿信心。「初期應該會集中在大型運輸工具,例如公車、貨車和火車,這是我們認為近五年比較有機會拓展氫能應用的領域。」這或許將成為氫能技術發展的主要突破口,尤其臺灣近期設立了首座官方加氫示範站,未來預計將有更多氫燃料電池車輛投入使用。

 

氫能發展與法規訂定並行,共同推動永續發展

訪談的最後,蕭述三校長也不忘提醒,臺灣在積極推動氫能發展的同時,仍應重視相關安全法規的訂定。「氫氣具有爆炸性,雖然不像瓦斯爆炸那樣強烈,但一般民眾對它的安全性還是有所顧慮;加上燃燒溫度極高,存在一定的風險。」因此,他認為政府應該制定完善的安全標準和法規,以確保氫能技術能順利發展並提升民眾信任。他也期許,透過這次與德國的氫能合作,臺灣能在技術創新和市場應用方面取得重大突破,並在全球氫能市場中占有一席之地。

 

資料來源
  1. 採訪國立中央大學校長暨機械工程學系講座教授蕭述三
  2. German-Taiwan bilateral R&D project – Forschungszentrum Jülich
  3. 氫能新時代,儲能新 style
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