日本修訂【氫能源基本戰略】,盼走出不同的路。
有別於正在積極努力發展電動汽機車的多數國家,日本則是以氫能汽車為主軸,於2017年制定初版的《氫能基本戰略》後,就幾乎完全投入在各種氫能項目,這次所修訂的草案,新增設定2040年氫能供應目標為每年1200萬噸,並將氫能納入發電佔比目標,發展氫燃料電動車、船舶、飛機等交通工具、以氫為原料之鋼鐵及化學等產業領域,以及可應對防災之家用燃料電池等民生領域,以及將商業及工業用之燃料電池擴展到飯店、醫院、機場等多項作為。目前已知並在各個國家與地區大力推廣與建設的綠電項目有-太陽能發電、風力發電、生質能發電、地熱發電、水力發電以及氫電等,其中又以太陽能以及風力最為知名且建設範圍最廣,而近期重新崛起的氫能源,又能為綠能帶來哪些出路呢?
什麼是氫能?常聽到綠氫、藍氫、灰氫,又有什麼差別?
什麼是氫?
氫,一種化學元素,化學符號為H,氫原子最早在宇宙復合階段出現並遍佈全宇宙,呈無色、無臭、無味非金屬氣體,不具毒性但高度易燃,而由於氫的結構中不含碳,在反應後也只會產生少量的水,完全不會產生任何汙染物,因此在未來低碳、零碳的趨勢下成為關鍵,因此氫能也曾被評價為地球永續發展最後的救星。
雖然氫氣本身沒有顏色,但依照製程的不同有著不同的顏色,如「綠氫」、「藍氫」以及「灰氫」,其中綠氫是透過再生能源的電力透過電解產生,在製造過程幾乎為零碳排,只是使用這種方式製氫成本最高,而「灰氫」則是透過煤炭、石油、天然氣等化石燃料搭配製程,目前製造出95%的氫氣皆為灰氫,常用的方式為天然氣搭配水蒸氣重組,並捕捉空氣中的氫氣並儲存,而此方式的二氧化碳排放量最多,較不符合目前國際減碳趨勢,而「藍氫」則是近年所新創的技術,透過熱裂解將天然氣中的氫氣分離,並同步將二氧化碳形成固體碳儲存,由於大部分的碳已被固化,無法排放到空氣中,因此該方式能有效降低碳排量,只是在熱裂解的過程需要消耗大量燃料與熱能,導致能源效率使用低下,目前還有許多科學家仍嘗試改進該製程。
在初步了解甚麼是"氫"後,讓我們來聊聊"氫能"是怎麼運作的
氫能電池又稱燃料電池,由燃料電池片、燃料電池堆組成發電模組,並與其他設備構成發電組件,隨著目標功率的不同,可建構為分佈式發電站或發電廠,燃料電池發電時,氫本身是作為一種高能量密度載體,氫氣在電堆內透過質子交換膜,與氧產生反應,使高電位流向低電位而發電,這些電通過後續的模組進行運送,讓你能點亮家裡的電燈,開啟電腦,冷氣與電視,還能用於燒水、供暖、發電,在未來也許還可能成為不同交通工具的供應燃料。與其他除能設備相比,由於氫氣具有可壓縮性,因此能源密度相比其他儲能系統多出許多倍,且氫能源效率高達45~55%,對比只有20~30%的汽柴油引擎,有著更為環保的優勢。
但如此潔淨的能源,在部分地區卻少有擴大經營規模的風聲,其中主要的原因還是因為製作氫燃料電池的成本,以目前的氫能市場來說實在是過於高昂,對於正在大力發展風力發電、太陽能發電以及核能發電的地區來說,實在沒有多餘的預算能投入到氫能產業以及相關產品的生產,且目前所生產的氫氣大部分都來自於「灰氫」,大量的碳排使氫氣還不能真正算是綠能的一種,直到近幾年「藍氫」的出現以及最新的電解產氫機具陸續推出,才使得氫能又有嶄露頭角的時刻。