Thursday, January 26, 2017

能源局攜手NCC 打造氫淨環境

近年來台灣受氣候變遷影響導致天災頻傳,偏遠地方或山區常因受創嚴重,電力供給不足造成通訊中斷,使得救災任務更加困難,如何提供長時間緊急備用電力供給,減少對環境的破壞,成為現階段最重要的課題。
在經濟部能源局及國家通訊傳播委員會(NCC)的支持與努力下,已將燃料電池納入高抗災通訊平台綠色備用電力補助項目,由於燃料電池具有低碳排放量、能源轉換效率高、無噪音汙染與環境友善等優點,若具有充分之氫氣來源,則可充分發揮救援通訊不中斷之功能。經過這幾年大力推廣與設置,已於多次在天災中展現具體成效。
中正大學在昨(25)日舉辦的行動通訊平台備用電力啟用典禮,即採用燃料電池作為緊急備用電源,不僅可提供校園更安全的行動通訊功能,將綠能概念實際落實於校園環境中,更可加強綠能環保教育宣導。
此外,在經濟部能源局支持下,工研院、台灣經濟研究院和中華經濟研究院積極投入燃料電池備用電源之推廣工作,並已完成台北市體育局、苗栗聯合科大等案建置及通過另四案審查。其中位於聯合大學的基地台備用電力,於2016年9月梅姬風災中成功啟動,並持續提供8小時電力直到市電恢復,充分展現燃料電池作為長時間緊急電力優勢。
經濟部能源局表示,為了加速國內燃料電池產業化與提升本國競爭力,能源局自98年起開始「燃料電池示範運轉驗證補助辦法」推動,於示範運轉計畫中,總共導入電信基地台燃料電池總數達32台。
能源局未來將持續配合NCC推動燃料電池作為高抗災通信平台電力備用設施,並逐步擴及東部地區和離島地區,提高行動通信基地台防救災能力,為偏鄉或高災害潛勢區,提供更穩定可靠之緊急聯外通訊網路。(經濟部能源局廣告)
(工商時報)

Wednesday, January 25, 2017

邁向非核家園 能源局:2025氫能發電目標60百萬瓦

新政府上台後已面臨多次用電吃緊,新能源政策備受關注與考驗,要達成2025的非核家園目標,不僅將提高再生能源發電佔比至20%,氫能源也將扮演要角。能源局副局長陳玲慧於東森新聞雲網路直播節目「雲端新聞室」中表示,「希望2025年達到氫能發電60MW(百萬瓦)。」
日前的「雲端新聞室」以「借鏡日本、邁向非核家園」為討論主題,邀請日本自民黨眾議員兼氫能促進會祕書長福田峰之、立法委員趙天麟和陳玲慧,針對氫能源發展的潛力與台日能源合作進行精采對談。
對於非核的可能性,陳玲慧表示,去年的核能發電佔比仍有約14%,「要替代這個電力缺口,就要把所有已知或未來科技可用的替代能源,整理出來,」再生能源要在2025年達到佔比20%,挑戰性非常高。
要達標,氫能源的角色至為關鍵。趙天麟指出,現在政府必須拿出決策力,將氫能變成未來台灣全新的能源方向,運用來儲存再生能源等產生的多餘電力,「這是訴求非核家園非常重要的替代,否則的話,非核家園的目標可能無法在2025年達到。」
陳玲慧表示,目前尚未以氫能發電,只有部份基地台使用氫燃料電池做為備用電力,供緊急發電使用,正與國家通訊傳播委員會(NCC)合作,研究將所有基地台備用電力都換成氫燃料電池,「氫能是新能源,非常乾淨,不排碳,」多數的柴油發電機緊急發電時數短,也有空氣污染的問題。
「下一階段就是導入發電系統,希望用氫燃料電池做發電的主要來源。」陳玲慧指出,未來希望朝此方向跟日本學習,也許引進日本技術,例如九州大學已研發出的天燃氣與氫燃料電池混合發電技術,以解決未來非核家園時,台灣將面臨的供電問題。


Wednesday, August 24, 2016

大陸“新能源汽車”試點專項 2017年度專案申報指南建議


1.動力電池與電池管理系統
1.1 高安全高比能鋰離子電池技術(重大共性關鍵技術類)
研發高容量正極、碳/合金類負極、
高安全性隔膜和功能性電解液;
開發極片/電池的新型製造技術、工藝及裝備等;
研究影響電池均一性和壽命的工藝因素。
開展電池的熱-電耦合行為、
熱失控及其擴散機制、
安全風險識別與評估方法的研究,
建立從材料、單體到系統的多級安全性技術體系,
研究電池的安全評價技術與測試方法,
開發高安全、長壽命的高比能鋰離子電池。

電池單體能量密度≥300Wh/kg,迴圈壽命≥1500次,成本≤0.8元/Wh,安全性達到國標要求,年生產能力≥1億瓦時。

1.2 動力電池系統技術(重大共性關鍵技術類)
開展電池系統總體設計研究,包括構型、功能、機-電-熱一體化,以及系統輕量化和緊湊化等;
開展子系統設計研究,包括先進電池管理系統和熱管理系統,安全與防護系統等;
研究電池系統的製造工藝與裝配技術;
開展電池系統的安全性、耐久性、可靠性設計與驗證技術研究;研究電池系統的性能評價與測試技術。

電池系統的能量密度≥210Wh/kg,
迴圈壽命≥1200次,安全性等滿足國標要求,
成本≤1.2元/Wh;
年生產能力≥1萬套,

產品至少為3家整車企業配套(其中至少包括1個乘用車車型),裝車應用不低於3000套;建立電池系統設計、製造與測試的技術規範。

1.3 高比功率長壽命動力電池技術(重大共性關鍵技術類)
開發高功率電極材料、高電導電解液、高離子傳導性隔膜;
發展基於模型的高功率電池的設計技術;
開發高功率電極的製備工藝、新型電池裝配工藝及自動化工裝設備;
研究電池功率特性、環境適應性和壽命的改善技術,以及提升電池均一性、可靠性的工程化控制技術,開發高功率長壽命鋰離子動力電池產品,以及新型的超級電容器產品,實現裝車應用。

快速充電電池的能量密度≥120Wh/kg,
恒流充電容量達到額定容量的80%以上(常溫,6C倍率下),
迴圈壽命≥10000次;
插電式混合動力汽車用電池、
超級電容器的能量密度分別達到200Wh/kg和50Wh/kg,
充電功率密度分別達到1200W/kg和5000W/kg(常溫和50% SOC下),
迴圈壽命分別大於5000次和10萬次;
高功率電池的年生產能力≥2億瓦時,
裝車數量≥1000套;
超級電容器的年生產能力≥1000萬瓦時,
裝車數量≥200套。


2.電機驅動與電力電子總成
2.1 寬禁帶半導體電機控制器開發和產業化(重大共性關鍵技術類)
研究車用高溫大電流SiC晶片技術、
低感/高密度SiC模組封裝技術、
高溫高頻驅動技術、
高密度無源器件應用技術及SiC電機控制器集成技術,
開發電機控制器用大電流SiC晶片、高效/高密度SiC模組和電機控制器。

寬禁帶電力電子模組電流≥400A,電壓≥750V;
電機控制器峰值功率密度≥30kW/L,
匹配電機額定功率40-80kW,、
最高效率≥98.5%;
產品裝車應用不低於1000套。

2.2 高效輕量高性價比電機技術及產業化(重大共性關鍵技術類)
研究高速、高效、輕量化電機的設計與工藝技術、
液冷與密封技術、
高壓安全及防護技術;
研究轉矩脈動、雜訊振動、電磁相容、可靠性與耐久性等性能優化技術。
面向集中驅動的新能源乘用車和商用車動力系統應用需求,
開發高性價比的關鍵零部件和電機產品。

乘用車電機峰值功率密度≥4kW/kg(≥30秒),
連續功率密度≥2.5kW/kg,電機最高效率≥96%,
裝車應用不低於25000台;
商用車電機峰值轉矩密度≥20Nm/kg(≥60秒),
連續轉矩密度≥11Nm/kg,
電機最高效率≥96%,
裝車應用不低於5000台。


3.電動汽車智慧化技術
3.1 智慧電動汽車電子電氣架構研發(基礎前沿類)
構建滿足智慧電動汽車需求的高頻寬、高即時性、高安全性、高可靠性電子電氣架構;
研究高效車載匯流排在新型分散式通信與控制系統應用中的關鍵技術及基礎通信協議標準;探索面向智慧電動汽車的高效可靠的資訊安全體系;
研發智慧電動汽車異構開放結構的嵌入式軟體平臺;
研究智慧電動汽車整車EMI雜訊建模、預測和抑制方法。

智慧電動汽車新型電子電氣架構;
智慧電動汽車資訊安全體系和基礎通信協議標準;
智慧電動汽車嵌入式軟體架構、作業系統及標準化介面;
整車電磁相容研究理論體系和設計方法。

智慧化系統骨幹絡通信速率達100 Mbit/s,
動力系統網路資料傳輸效率≥80%;
智慧電動樣車的電磁相容測試GB 14023-2011通過率≥80%、GB 18387-2013通過率≥70%;研究成果應用在2家以上企業;形成相關國家標準草案。

3.2 電動自動駕駛汽車技術(重大共性關鍵技術類)
研究複雜行駛環境下自主式和協同式動靜態目標檢測與跟蹤技術;
研究系統高精度定位技術及車輛行駛狀態及其關鍵參數識別技術;研究車輛駕駛行為和目標運動行為的預測技術及建模方法,多維、變尺度局部場景生成技術;研究電動自動駕駛汽車的自主決策與軌跡規劃技術;研究整車縱橫向動力學的解耦控制技術及多目標的魯棒控制技術;研究電動自動駕駛汽車系統集成與測試評價技術。
考核指標:標準測試環境下,基於高性能多源感測器,實現相對位置誤差為釐米級,速度、車身傾角等關鍵狀態資訊估計誤差≤±3%,電動汽車智慧駕駛技術達到SAE 3級標準。在實際結構化道路條件下,基於高性價比多源感測器,實現相對位置誤差≤5釐米,速度、車身傾角等關鍵狀態資訊估計誤差不大於≤±5%,電動汽車智慧駕駛技術達到SAE 3級標準。制定電動自動駕駛汽車環境資訊系統介面的技術規範,實現百輛級電動自動駕駛汽車示範運行。


4.燃料電池動力系統
4.1 電堆過程建模仿真、狀態觀測及壽命評價方法研究(基礎前沿類)
電堆內部“氣-水-電-熱-力”等多物理量多重耦合機理與分佈特性分析測試研究,
性能類比計算及優化方法研究;
電堆內部過程機理動態建模方法、多變數高精度狀態觀測、故障診斷及控制方法研究;
電堆運行工況及內部各種不一致性對電堆性能衰減的影響與機理研究,電堆壽命預測方法研究與快速評測技術開發。

開發出1套電堆性能設計通用軟體,
熱電水整體特性量預測誤差小於5%;
開發出電堆狀態一致性多參數檢測與診斷方法及工具;
建立電堆耐久性快速評價方法、形成行業規範或標準草案;應用於至少1款轎車和1款商用車燃料電池發動機的開發。

4.2 高比功率燃料電池發動機研發(重大共性關鍵技術類)
研發高功率密度、低成本燃料電池電堆關鍵技術,
以及空壓機、氫氣迴圈泵、70 MPa氫瓶等核心零部件技術;
開展高功率密度、低成本、模組化燃料電池發動機的設計、集成,以及控制系統和關鍵工藝技術的開發;
研究發動機及其關鍵零部件的檢測與評價技術。

燃料電池發動機空壓機空氣升壓比≥2.5,效率≥70%;
氫氣迴圈泵滿足陽極回流比≥2.0;
燃料電池發動機系統體積比功率≥600W/L,最高效率≥55%,鉑用量≤0.25g/kW,壽命≥5000h,實現-25℃儲存與啟動,並應用於燃料電池轎車的開發。

4.3 長壽命燃料電池發動機研發(重大共性關鍵技術類)
開展燃料電池發動機的總體佈置和模組化結構集成設計技術的研發、全尺寸電池單體和電堆研發;
開發燃料電池輔助系統(包括空氣系統、氫氣系統和熱管理系統)和燃料電池發動機控制系統;
開展發動機系統集成與關鍵工藝技術的開發;研究核心部件及整機的測試與評價技術。

燃料電池發動機耐久性≥10000h,
重量比功率密度≥300W/kg,
最高效率≥60%,
鉑用量≤0.5g/kW;
實現-25℃儲存與啟動,並應用于燃料電池商用車的開發。

4.4 中德燃料電池汽車國際科技合作(示範與應用)
重點開展中德燃料電池汽車核心零部件技術指標評價方法的研究,建立面向規模化製造的零部件測試與評價體系;
聯合德國相關機構開展關鍵零部件技術指標的試驗驗證,以及燃料電池汽車主、客觀條件下的適應性研究,包括溫度、濕度、氣壓等環境因素,以及交通路況、駕駛習慣等,開發燃料電池汽車發動機及其動力系統控制策略。

建立一整套燃料電池發動機及其關鍵零部件的指標體系和考核方法,提交燃料電池汽車測試規範;建立燃料電池汽車發動機及其動力系統全工況模擬及試驗平臺。


5.插電/增程式混合動力系統
5.1 新型高性價比乘用車混合動力總成開發與整車集成(重大共性關鍵技術類)
開展新型機電耦合系統關鍵技術、高功率密度電機驅動系統技術、先進混合動力總成集成技術研究,開發高效率、高性價比的機電耦合系統和混合動力總成;開展電池組及電池管理系統、整車集成與一體化最優控制技術的研究,開發1款插電式混合動力轎車。

整車加速時間0-100km/h≤5s,0-50km/h≤2.5s;
綜合工況純電續駛里程≥70km;
燃油消耗量(不含電能轉化的燃料消耗量)較第四階段油耗限值(GB 19578-2014)降低比例≥40%;整車實現銷售≥5000台。

5.2 主流構型插電式乘用車混合動力性能優化(重大共性關鍵技術類)
針對量產型插電式乘用車,開展混合動力總成及控制系統優化,包含驅動電機及其控制系統、變速箱及其控制系統等優化;開展電池組與電池管理系統優化,開展整車控制和整車集成優化,實現插電式混合動力整車性能優化。

整車加速時間0-100km/h≤8s,0-50km/h≤3.5s;
燃油消耗量(不含電能轉化的燃料消耗量)較第四階段油耗限值(GB 19578-2014)降低比例≥40%;
綜合工況純電續駛里程≥70km;
整車實現銷售≥5000台。

5.3 混合動力發動機開發(重大共性關鍵技術類)
開展混合動力發動機關鍵技術評價及技術參數優化研究;
開展先進混合動力發動機對標與測試分析,建立混合動力發動機技術參數決策模型;
利用先進燃燒診斷及數值分析手段,研究發動機的新型燃燒方式;
開展可變正時、低功耗附件、排氣淨化、結構優化、熱管理、發動機控制等技術研究,開發高熱效率、高效區寬的混合動力專用發動機產品。

建立混合動力發動機技術參數決策模型;
發動機的有效熱效率≥40%(基於汽油燃料);
發動機產品至少搭載1款插電式乘用車,並獲得產品公告,整車達到國六排放標準;產品年生產能力≥1萬台。

5.4 超級節能型重型載貨汽車混合動力系統開發研究(重大共性關鍵技術類)
研發重型載貨汽車混合動力專用發動機,開展新型燃燒系統及其控制技術、高效後處理技術、發動機低摩擦技術,以及附件電動化技術的研究;研髮卡車混合動力系統,包括構型設計與優化、重型載貨汽車能量管理與動態協調控制等技術;開展系統集成與測試評價技術的研究,研製混合動力卡車樣車。

開發2款混合動力專用發動機,
有效熱效率≥50%;開發2款混合動力卡車,整車油耗較三階段油耗限值至少降低30%(C-WTVC迴圈,總重≥25噸),滿足國6排放標準要求。


6.純電動力系統
6.1 分散式純電動轎車底盤開發(重大共性關鍵技術類)
研究分散式驅動電動化底盤構型,以及底盤線控驅動、線控轉向、線控制動等線控操縱技術;研發分散式電驅動總成、高安全和高能量回收效率的制動系統等關鍵部件;開發出分散式純電動轎車底盤及整車。

分散式純電動轎車的整車電耗≤10kWh/100km(工況法),
最大爬坡度≥30%,
純電續駛里程≥300km(工況法),
0-100km/h加速時間≤6s,
30分鐘最高車速≥120km/h;
電制動降低電能消耗率≥25%(ECE城區工況);
整車具備安全穩定的轉向功能,並實現小批量試驗運行。

6.2 高性能低能耗純電動轎車底盤及整車開發(重大共性關鍵技術類)
開展整車經濟性、動力性與操縱穩定性優化設計及關鍵技術的開發,研究電池組安全防護及整車主被動安全技術;開發一體化純電動力傳動系統、電動轉向與回饋制動系統、高能效比電動冷暖一體化空調系統等關鍵部件;研發智慧化整車控制系統、全新電動化底盤及整車集成技術。

純電動轎車(車長≥4.5m)的整車電耗≤10kWh /100km(工況法),
純電續駛里程≥400km(工況法);
車身與底盤結構輕量化達10%以上(同比鋼結構車型);0-100km/h加速時間≤6s,
30分鐘最高車速≥160km/h;
電制動降低電能消耗25%以上(ECE城區工況)。

6.3 純電動大客車動力平臺技術(重大共性關鍵技術類)
研究純電動商用車智慧控制技術、高效驅動技術、高壓集成控制技術、節能電動冷暖一體化空調等高效輔助系統技術;開發模組化、系列化的純電動商用車底盤及車型;開展整車安全性、可靠性、耐久性和環境適應性的提升技術研究,以及輕量化新結構、新材料的應用技術研究;開發整車的批量化生產工藝,形成規模化生產能力。


12米純電動客車:
0-50km/h加速時間≤15s,
30分鐘最高車速≥100km/h,
最大爬坡度≥25%,
整備品質≤11000kg,
電耗≤0.55kWh/km(工況法);

全氣候(環境溫度範圍覆蓋-20℃到40℃)續駛里程≥250km(工況法);電制動降低電能消耗25%以上(工況法);形成年生產能力≥5000台,實現百輛級示範應用。

Sunday, August 21, 2016

太陽能熱化學反應堆系統制氫,氫能汽車跑百公里$2美元

太平洋西北國家實驗室(PNNL)從1990年以來就一直在研究用廉價的太陽能發電,同時製造廉價的氫燃料。還有兩年時間,他們就可使氫燃料電池車在經濟上變得更可行和划算。為實現這一目標,這個項目已經走過了20多年的歷程,也曾被一度包括在火星計劃之中。

研究人員一直在努力,把標準的太陽能電池板換成效率更高的太陽能反射器為基礎的發電系統。該想法是使用太陽能反射器發電,用電能再把天然氣轉化成氫燃料,作為車輛的動力。
一個典型的太陽能電池板把陽光轉換成電能的效率約為20%,而實驗中的太陽能反射器可以達到70%的轉化效率。負責該項目PNNL的工程師鮑勃說,作為對比,植物的光合作用(將太陽光轉化為能量)的效率,只有不到10%。

為什麼是氫燃料呢?每千克氫(2.2磅)和每加侖汽油(6.3磅)的能量大約相同。據聯邦政府調查和不同汽車製造商的估計,每公斤氫氣可使燃料電池汽車行駛大約50至81英里。
我們的項目已經非常接近商用化了

PNNL現在正在開發太陽能反射系統發電系統,並使用這種方式製造氫燃料,目標成本每公斤 $2美元。這大大低於當前的任何製造氫氣的成本。2015年聯邦政府的估計,從加氫站得到的氫燃料約為每公斤$13.50,而豐田官方把加氫站氫氣的價格設定在每公斤$10至$12元。

「我們的項目已經非常接近商用化了」鮑勃說:
自1990年代以來PNNL就一直致力於使用廉價太陽能發電製造燃料。在世紀之交,美國航空航天局的計劃利用太陽光作為火星飛船的動力。這與西北太平洋國家實驗
室的研究正好契合,於是該項目獲得了巨大的推動力。雖然後來美國航空航天局的研究與PNNL的項目分道揚鑣,但使用太陽能反射器技術以幫助製造更便宜的氫燃料的想法得以延續並繼續發展迄今-氫燃料汽車的出現令人眼花繚亂,同時也讓人張目結舌。幾十年來,燃料電池研發人員和汽車製造商永遠只講氫燃料是清潔能源,無需從化石燃料獲得和也不產生尾氣排放,是人類能源的未來和希望,但就是沒有人告訴我們,氫氣將來自哪兒和它的成本是什麼。

氫燃料汽車和為它們而創造的加氫站的經濟性迄今為止仍然是個謎,也可以說是個未知的領域。大約兩個星期前,美國能源部發佈了公眾意見的調查表,從此我們終於有機會瞭解和分析氫燃料,氫能汽車和加氫站的經濟性和真相。
理論上,理想的情況下,氫車輛的燃料會比汽油便宜,並且基本上無污染。可是氫能汽車的一大主要的缺點 -這一技術仍然,處在實驗階段 - 氫燃料,氫動力汽車,加氫站都是非常昂貴的奢侈品。

在美國街頭 我們已經可以看到兩款氫燃料電池汽車的身影- 2015年款現代途勝和2016年款的豐田未來。它們的價格是$ 58,000到$ 60,000範圍。第三個款式是2017年款的本田清晰,它目前的標價是$ 60,000美元。

為燃料電池汽車加氫的加氫站,目前還是稀少和罕見的。- 全球的加氫站一半兒在美國加州,歐洲和日本加在一起只有少數幾個。2016年7月美國加州空氣資源委員會的報告說,可以為20輛燃料電池汽車加氫氣的加氫站,預計今年年底將增長到38,主要是在南加州的洛杉磯地區。

雖然即使汽車燃燒氫燃料也無污染,但在創造氫燃料的過程中,目前的工藝會產生自身的溫室氣體。這是西北太平洋國家實驗室的項目評估最不理想的情況。


綜上所述,PNNL太陽能反射器發電系統,每天能夠產生15至17公斤的氫燃料。我們的想法是,在需要氫氣的現場,部署數以千計的這種裝置現場發電制氫。

Monday, February 22, 2016

氫燃料電池車生產速度不及訂單 交車要等3年 原文網址: 氫燃料電池車生產速度不及訂單 交車要等3年 | ETtoday國際新聞 | ETtoday 新聞雲 http://www.ettoday.net/news/20160210/639369.htm#ixzz40sohRNgn Follow us: @ETtodaynet on Twitter | ETtoday on Facebook


國際中心/綜合報導
由豐田汽車(TOYOTA)推出的全球首款氫燃料電池車(FCV)「MIRAI」自上市販售以來,已超過1週年,雖然相當熱銷,訂單非常多,但是交車數卻只有400多台,而且其他的車廠沒有搶攻市場,也導致補充燃料的氫氣燃料站設置速度也落後。
據《朝日新聞》報導,FCV是利用空氣中的氧氣與燃料中的氫氣接觸後的化學反應,產生的電力使車輛運行,行駛中,不會排放二氧化碳。不過去年12月15日首次搶先全球上市販售的「MIRAI」,光是日本國內的訂單便超過了3000台,可是手工生產的速度追不上訂單,目前交車必須得等3年以上的時間。
MIRAI是日文中未來的意思,呈現該公司對於未來車壇的期待;充滿燃料時擁有近似於傳統汽油車款的巡航里程約500公里,而且即便燃料用光了,回填補滿的時間也僅需要約3分鐘,和傳統汽油車的加油時間幾乎相同。
氫燃料電池車、氫氣車是把氫的化學能轉換為機械能,或者是通過燃燒的內燃機中的氫,或是通過在燃料電池中的氧與氫反應來運行電動機,而氫能源的最大好處是它能跟空氣中的氧產生水蒸氣排出,有效減少了其他燃油的汽車造成的空氣污染問題。
不過這類的車困難之處在於如何降低成本,以及安全問題,有些巴士、潛水艇和火箭都已經透過不同的形式在使用氫。市場上有許多公司都在研發氫氣車,資金來自私人或是政府都有,不過福特汽車已經放棄,並將資源投放於純電動車上。


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Friday, October 30, 2015

Back to Hydrogen Society 未來的氫社會!


想像一個未來的情境,在2040年的台北市大安區,某個早晨王小強要開車上班,上車後按了汽車的啟動按鈕,引擎就靜悄悄的啟動並且由電子聲音提示王小強,「王先生,車子已經啟動,但車上氫氣量不足,不夠開到公司,請你到最近的加氫站加滿氫氣。」王小強:「那我們到和平東路的友愛加氫站吧。」行車電腦:「王先生,建議您到新生南路的中氫加氫站,這個時段和平東路會塞車。」行車電腦提供行車路程建議並獲得王小強同意後就上路了。在抵達中氫加氫站後,車子剛停下來,一個外型憨厚的加氫機器人就快步跑過來向王小強致意,機器人臉上的虛擬面板顯示氫氣一巴的價格是50信用點,加滿1000點送一盒面紙,並開口問道:「歡迎光臨!請問先生要加多少?」在確認王小強的需求,機器人對車子車牌號碼掃瞄,然後機器人就為車子加氫。當加完氫後,就對王小強說:「感謝您的消費,這次中氫公司將對你○○銀行帳號扣款500個信用點,祝您一天順利。」

氫的能源潛力
氫能源是一種潔淨能源,但是嚴格而言,氫不是一種能源,它只是能源載體(energy carrier),跟我們熟知的能源,如:石油、天然氣、煤炭等相比,這些傳統的化石能源在燃燒產生電力或動力後就消耗了,而氫氣燃燒後會排放水(H2O),因此它可以重復的使用。氫的來源非常復雜,包括水,生質材料、化石燃料都是氫的來源之一;產氫的方法及技術非常多樣,從傳統煉鋼廠、煉油廠生產過程中之煤炭和石油中的烴(碳氫化合物)會產生氫氣,這是副生氫氣,以往通常會被廠商排放掉,如今已經有很多廠商蒐集氫氣作為副產品販售;此外,化石燃料,如:天然氣、石油、煤炭都富含大量的烴,能在高溫高壓的環境下經過觸媒轉換器與水蒸汽產生氫氣;而最廣為人知的,就是透過電解水製造氫氣。以目前熱門討論的再生能源-氫能系統為例,再生能源以太陽、風力或生質材產生電力,電解水產生氫氣,而氫氣可供燃料系統發電或產生熱,其副產品為水,因此這是一個再生循環的永續系統。
而在應用面上,以氫作為燃料使用,將不須要擔心使用這類潔淨能源所產生的排放物污染環境問題,以氫燃料電汽車(Fuel Cell Vehicle,FCV)為例,FCV車引擎產生動力後所排放的是水,因此不會像使用柴油或汽油的汽車會排放氮化物(NOx)、一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、硫化物(SOx)、微粒等會破壞環境空氣品質及影響人體健康等問題。基本上,氫可以說是未來2030年後所能找到的能源永續運用及解決環境破壞問題之完美解答之一。

氫與其他能源比較
氫與其他能源的比較,有優點也有不足之處,譬如氫的原子序數小,在存儲的過程中很容易滲透金屬,造成金屬“脆氫”現象,因此必須慎選儲氫的材料,氫易燃且濃度提高到一定程度後容易自爆,燃燒焰色呈藍色不易被肉眼目視,有一定的危險性。
自然界沒有純氫,氫多存在於水或其他的化合物,因此要使用氫氣必須經過提純製備,以電解水產氫為例,2.95度電能生產1m3的氫和0.5m3的氧,這也使得氫的成本目前仍無法降低。但氫的燃燒熱值(heat of combustion)比石油高三倍,是目前已知能源燃燒效率最高的,因此使用氫作為運輸載具的燃料有其優勢所在。氫的優缺點可整理如下表(表二)。

國外對氫的想法與態度
對於氫的開發應用,國際上的態度也是積極的,國際能源署IEA(International Energy Agency)於2006年出版了「氫生產與儲存研究優先順序與缺口」報告,對氫能源的發展佈局定了一個以產氫的設施架構為主超過30年的架構(見圖1),報告中認為在過去的約10年間(2003~2015年),市場上的製氫及儲氫主要是以分散式的體系為主,這是因為製氫設備仍然是以小型化的機器為主,且人們對氫能的安全性接受度不強以及生產技術仍在發展階段的狀況下,市場對氫設備的接受度需要一段時間教育及認同;之後進入第二階段,市場對製氫的原料開始多元化,會嘗試使用更多石化燃料,如:天然氣、煤、石油類的碳基化合物作為製氫的原料,而相關的產品及設備也會逐漸出現在市場,並成為發電基礎設施或氫燃料的來源之一;爾後在市場對氫能的接受度提高後,大量生產氫氣或氫能的設施將成為主流,原來的小型化分散式生產方式將轉化為大量產氫的基礎設施為主,這種以再生能源或核能進行電解水產氫的技術或設施才能滿足人類對氫能的需求。因此部份的專業機構認為氫能源的推廣將在2030~2040到達成熟期。

在開發氫能源作為代替化石能源的態度及行動上,日本是目前國際上已知最積極的國家,日本能源幾乎百分百進口,倚賴中東產油國及其他能源大國甚深,而褔島危機又讓日本民眾對核能產生更大的疑慮,因此能源安全一直是日本政府最關切的政策課題之一,而氫能源可能是目前已知最符合日本社會及民眾預期的候選替代能源,因為相較其他的再生能源,氫原料來源受國外控制的可能性是最低的,同時在氫能源應用的開發上,日本產業界在氫燃料電池車的開發已經取得最具優勢的成果。
2014年4月,日本內閣會議通過「能源基本計畫」,內容包含了氫能源的應用與推廣。同年6月,經濟產業省(Ministry Economy, Trade, Industry,METI) 發佈日本2040年的氫社會策略地圖,根據地圖,日本在2020年就要擴大國內的固定式燃料電池及氫燃料電池車的使用量,在2030年進一步擴大氫燃料的需求,使氫能源納入傳統發電發熱的能源體系,形成一個新的二次能源結構;在2040年則採用二氧化碳CO2捕獲與封存技術,建立完整的二氧化碳CO2零排放的氫供應鏈體系。
同年7月,日本經濟產業省轄下的獨立行政法人,「日本新能源與產業技術綜合開發機構」(NEDO)提出「NEDO氫能源白皮書」(NEDO水素エネルギー白書 ),該報告將以氫為燃料的燃氣輪機、家用燃料電池、燃料電池車作為氫能源應用開發的三大技術,預期氫能在未來將成為日本除核能、石化能以外的主要發電源之一。報告並預測到了2030年,氫能源的整體市場規模將達1兆日元,到了2050年會進一步擴大為8兆日元。報告內容包含了政策動向、製造/運輸/儲藏/應用開發等相關技術及未來發展方向等關鍵資料。
同年12月,日商TOYOTA在東京車展展出成功開發並命名為Mirai的FCV車,TOYOTA並宣稱該車的售價為700萬日元。該燃料電池車一次充滿氫能夠跑650~700公里,而且每次充氫只需3分鐘,在使用習慣上與目前所使用的汽油或柴油車一致,因此消費者的行為不需要改變或再教育,對推廣燃料電池車有非常大的幫助。而在充氫時間和行動距離又遠遠優於全電動車,這是目前燃料電池汽車相對於比純電動車的優勢。
在2014年,日本產官研對推動氫能源、氫社會的發展可以說打了一場非常漂亮的組合拳,首先由內閣對能源政策的規劃願景進行調整,然後由主管部會提出如何達成宗旨的策略地圖,再由智庫研究單位就整體的發展方針及科技解決方案作了完整的介紹及說明,最後由產業界公開推出符合宗旨的產品,可以說讓氫社會這個終極目標有了一個很好的開場介紹,也讓外界看到日本政府在此議題著力之深,期待之切,用心之細,整體的操作極其細緻且有效率,也讓國外瞭解日本對氫能源的發展野心。這種決策或是政策推動的模式,我國應深入探討並應學習其操作之方法,使國人對國家的科技政策的施政有感。

此外各國在氫能源的推動上也是不遺餘力,希望在未來取代化石能源的開發競爭上能取得一席之地。我國的近鄰中國,在氫能的開發運用上,也投注了一定的心力與資源,於2012年6月由該國國務院公佈的「節能與新能源汽車產業發展規劃(2012~2020年)」,將氫燃料車與純電動車、混合動力車作為發展目標,期望在2020年能與國際水準同步,對氫能的開發上主要準中在氫製備、儲運及加注技術為主。而在同年,中國氫能標準委化技術委員會於2012年年底召開年會,會議上公佈目前該委員會已經制定了氫能國家標準23項,其中6項已經正式發佈,報批的則有4項,徵求意見並準備審查中有1項,已完成草案但仍未徵求意見都有2項,編制中的則有8項,新立案的則有2項。顯示中國在推動氫能開發應用上,對國家標準的設定已經跨出很大的步伐,未來外國廠商要進入中國市場必須遵守中國所製定標準,這對中國廠商的競爭或爭取外國技術先進的廠商合作有很大的優勢。而在2014年,中國也對外公佈「加氫站安全技術規範」國家標準,並對外徵求意見。該標準的內容包含了技術術語與定義、站址選擇、平面佈置、基本要求、氫氣輸送、液氫、儲存系統、加氫機、壓縮機、安全消防等。
其他國家如德國在2014年9月內閣通過「電動車法」(electric mobility law,EmoG),內容包含了未來德國要推動的電動車定義,納入的車型包括:全電池電動車、插電式電動車、燃料電池車等三大類,氫能作為潔淨能源則被納入燃料電池車的推動項目下,同時德國由交通、建築與城市部主導(BMVI),結合國家創新計畫(NIP)的氫與燃料技術開發項目,共投入約4千萬歐元於加氫站的輔助與建設;而挪威也在2014年正式啟動H2OSL項目,把氫能作為發展項目;而法國則把氫能開發納入「新型工業國家」計畫項下;而美國、英國加拿大等國均將氫能視為未來重要的能源選擇,而投入一定的資源。


結論與建議
氫能源的發展,在目前化石原料逐漸枯竭的危機下,而其他的再生能源仍有來源不穩或是成本問題,以目前能夠解決發電、運輸、環境保護三大前提的,氫能是眾多學者認可的完美解決方案。不過,氫能源的應用也不是完全沒有雜音,特別是在交通運輸體系上,純電動車與燃料電池車的爭議,以美國特斯拉與日本TOYOTO的氫燃料車何者對環境更友善,以及何者更為低碳的爭議與比較,就讓吾人對氫能源的應用開放無法完全抱持一個樂觀的態度。
我國目前對氫能,如:氫燃料汽車、機車、各類新型的燃料電池的開發仍持不一的態度,針對這些未來15年氫社會來臨後,將成為市場主流產品的技術或各類儲氫材料,與運輸系統將大幅調整為適應氫能的基礎建設需求及市場需求,我國的因應措施為何?我國四面環海,氫能來源多樣化其中最方便的一種就是水,因此比較其他的能源、如:核能、生質能、化石能源等,運用氫能將使我國的能源安全得到更大的保障,可大幅降低對國外進口能源的依賴與需求,我國可把更多的資源投入到社會褔利、基礎建設或研發教育等政策措施上;因此大幅擴大氫能的使用可能是我國未來發展的重大里程碑。
可於現階段盤點我國學研界的儲氫、製氫及氫應用的研發人才及關鍵技術,同時對各種取代能源的選擇作比較分析,以確實瞭解符合我國的能源需求,我國未來重點產業的發展施力點;透過盤點比較分析,進一步對我國下一階段產業政策及能源政策進行調整,以提早因應未來的發展,對未來有可能實現的氫社會提早對民眾宣示及說明,以使未來政策推動更為順利及有感。