一、前言
隨著全球對潔淨能源與碳中和的需求提升，氫氣生產技術正朝向高效率、低碳排、資源再利用的方向發展。傳統氫氣生產方式，如蒸汽甲烷重組 (Steam Methane Reforming, SMR) 雖具有較高產氫效率，但伴隨大量二氧化碳排放，難以符合永續發展目標。因此，各國研究機構與企業正積極探索創新的綠氫生產技術，以提升經濟與環境效益。

本文節錄Frost & Sullivan報告中多種創新氫氣生產技術案例，包括美國卡內基美隆大學開發的廢棄物氣化 (如URBG) 製氫技術、瑞士 EMPA 透過廢熱回收 (Waste Heat Recovery, WHR) 降低氫氣生產成本，以及巴勒摩大學、ITM Power、沙迦大學等機構對於電解水製氫、整合雙面太陽能與屋頂降溫技術製氫的突破。這些技術展現了利用再生能源、工業廢熱、廢棄物資源化的可能性，為氫能市場開創更多發展機會。各項案例摘要請參閱圖一。

二、電解製氫創新案例
(一) 高壓質子交換膜電池模組
開發單位/廠商：英國ITM Power ¹
英國ITM Power 開發高轉換效率的質子交換膜 (PEM) 電池模組技術，可有效提升電流密度及轉換效率，為工業、交通運輸及電力供應領域提供氫氣、減少碳排放，並幫助電網平衡具變動性的再生能源。其 2MW 商業化電解槽採用 30 bar 高壓電池堆，電流密度高達3.3 A/cm²，同時減少設備體積與營運成本；模組化設計可擴充至中型模組(Neptune V：5MW)或大型模組(Poseidon：20MW)。該公司已申請268 項專利，涵蓋複合膜技術(Composite Membranes)、電解過程中的水管理技術(Water Management)、親水性高分子材料(Hydrophilic Polymers)等。

然而，該技術較高的資本支出(Capital expenditure, CAPEX)，可能是大規模生產的挑戰之一。未來ITM Power 將計畫擴大自動化產線，並開發下一代CHRONOS 電池堆，進一步提高產能與成本效益，以滿足市場需求。

(二) 整合雙面太陽能與屋頂降溫技術製氫
開發單位/廠商：阿拉伯聯合大公國 沙迦大學(University of Sharjah)
全球氫能轉型需要更高效、低成本的解決方案，而目前多數氫氣仍來自化石燃料。沙迦大學的研究團隊創新整合雙面太陽能模組(Bifacial PV)與屋頂降溫技術(Cool Roof Technology)² ，大幅提升氫氣產能。該技術利用雙面太陽能模組捕獲前後表面的陽光，再透過利用屋頂降溫技術的特殊塗層提升光反射率(High-Albedo)，最後以電解槽將多餘太陽能轉化為氫氣，並通過固態儲氫合金(金屬氫化物)技術進行存儲。相較於採用單面太陽能模組的製氫方法，該設計可提升27.31%的產氫量。

然而，目前仍處於實驗室測試階段，初期雙面太陽能板及特殊塗料等成本較高，且灰塵、溫度變化、遮蔽可能影響光電轉換效率，仍需進一步驗證與商業化發展。

(三) 反向電透析法及輔助反向電透析法製氫
開發單位/廠商：義大利 巴勒莫大學(University of Palermo)
目前綠氫生產的主要是以電解水產生，但通常需要大量電力，且主要依賴可再生能源，如風能或太陽能。巴勒莫大學(University of Palermo) 的研究團隊開發一種創新的技術，以反向電透析(Reverse electrodialysis, RED)和輔助反向電透析(Assisted Reverse Electrodialysis, ARED)應用於氫氣生產 ³，實現低碳排放且具成本競爭力的綠氫生產。該技術以RED直接從海水與淡水的鹽度梯度(Salinity Gradient Power, SGP)發電以電解水製氫，不依賴傳統電網供電，且氫氣生產不受間歇性能源的影響。此外，在RED系統中施加額外電壓(即ARED技術)，增加系統產生的電能，進一步提高產氫效率。相較於傳統水電解技術 (如質子交換膜電解, PEM Electrolysis)，RED 技術的能源成本更低，適合大規模應用。

然而，該技術尚處於開發初期，仍需進一步擴大試驗與示範應用規模，以釐清膜的降解率、基礎設施建置、廢棄物管理風險等挑戰。

三、廢棄物資源化製氫創新案例
(一) 城市固體廢棄物製氫
開發單位/廠商：美國 卡內基美隆大學 (Carnegie Mellon University)
美國卡內基美隆大學研發一種上吸式旋轉床氣化爐 (Updraft Rotating Bed Gasifier, URBG)，可處理城市固體廢棄物 (Municipal Solid Waste, MSW) 和褐煤 (Lignite)⁴，將其轉換為低排放氫氣 ，解決廢棄物管理和永續能源生產的問題。該技術操作溫度在 527°C 至827°C之間，透過上升氣流，提高氣體與固體的接觸率，增加產氫量。此外，該技術可混合不同類型的固體廢棄物，如塑膠、木材、橡膠等異質廢棄物，透過共氣化技術(Co-gasification) ，將氣化效率從 11% 提高到 52%，同時減少硫氧化物(SOx) 排放(最低可達 155mm/kg)。

然而，目前 URBG 仍處於實驗室與試點測試階段，且產氫效率仍低於電解水製氫技術，未來需進一步優化氣化效率與擴大商業規模。

(二) 最佳化電解與廢熱回收系統
開發單位/廠商：瑞士聯邦材料科學與技術研究院 (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, EMPA)
目前大規模生產綠氫的成本仍然過高，限制應用範圍，影響市場競爭力。瑞士聯邦材料科學與技術研究院的研究團隊整合質子交換膜(PEM)電解系統與廢熱回收(Waste Heat Recovery, WHR)系統，並開發混合整數線性規劃 (Mixed-Integer Linear Programming, MILP) 模型，最佳化系統配置，以提高能源利用效率並降低製氫成本⁵ 。研究顯示可減少最多 18.9% 的氫氣生產成本，其中 5.3% 來自廢熱回收系統。
然而，該技術目前尚處於試驗與示範應用階段，未來仍需進一步擴大商業規模驗證系統效益。

[1] ITM Power公司網站，https://itm-power.com/

[2] Fahad Faraz Ahmad, Oussama Rejeb, Chaouki Ghenai, Green hydrogen production and solar to hydrogen ratio using innovative and integrated bifacial solar photovoltaics and cool roof technologies. International Journal of Hydrogen Energy, 2025, ISSN 0360-3199, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.01.032.

[3] Alessandra Pellegrino, Giovanni Campisi, Federica Proietto, Alessandro Tamburini, Andrea Cipollina, Alessandro Galia, Giorgio Micale, Onofrio Scialdone, Green hydrogen production via reverse electrodialysis and assisted reverse electrodialysis electrolyser: Experimental analysis and preliminary economic assessment, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 76, 2024, Pages 1-15, ISSN 0360-3199, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.12.273.

[4] Muhammad Mueed Khan, Abdul Basit Amjad, Hydrogen production from municipal waste and low grade lignite blend, Results in Engineering, Volume 24, 2024, 103495, ISSN 2590-1230, https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103495.

[5] Roxanne Vandenberghe, Gabriele Humbert, Hanmin Cai, Binod Prasad Koirala, Giovanni Sansavini, Philipp Heer, Optimal sizing and operation of hydrogen generation sites accounting for waste heat recovery, Applied Energy, Volume 380, 2025, 125004, ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.125004.