一、潔淨氫能任務目標與策略
創新使命(Mission Innovation, MI)計畫[1]是一項由23個國家和歐盟執委會發起的全球倡議,結合公私部門的力量,在未來十年內推動研究、開發和示範方面的行動和投資,促進可負擔、具發展潛力且易取得的潔淨能源發展,以加速實現巴黎協定之淨零排放目標。目前計畫包含零排放航運、未來綠色動力、潔淨氫能、去碳技術、城市轉型、淨零工業、綜合生物精煉廠等七大任務,分別由不同的成員國領軍,共同制定全球性目標與加速淨零創新解決方案發展。
其中「潔淨氫能任務(Clean Hydrogen Mission, CHM)」由澳洲、智利、歐盟、英國與美國共同領導,目標是在2030年前將潔淨氫氣成本降至2美元/kg,並推動其廣泛應用於運輸、工業、發電與供熱等高排碳產業。為達成目標,CHM 擬定三大核心策略與創新重點,如圖一所示。以下摘述潔淨氫能技術研發與創新的優先事項及氫谷示範案例。
二、潔淨氫能技術研發與創新的優先事項
為降低氫能技術成本,CHM透過國際調查與技術分析,找出氫能轉型最迫切的研發優先事項,作為各國政府與產業界在制定政策與科技發展方向的參考。以下彙整全球氫能研發的重點領域:生產技術、儲運與供應、終端應用。
(一) 氫氣生產
以太陽能或風力發電等再生能源電解,是目前多數國家認為關鍵的產氫途徑。其次是非電解技術,由廢棄物和生質能轉換或甲烷熱裂解等方式製氫。電解技術研發的優先順序依次為,高技術成熟度(TRL)的電解槽示範活動,以測試和驗證其性能;其次是開發大型的單電池或電池堆,以及新的製造技術;第三為開發氫燃料電池或電解槽中,非貴金屬的關鍵零組件。
(二)儲運與供應
調查結果顯示,建置專用氫氣管線、改裝天然氣管線,以及將氫轉化為氨、液態氫等載體形式的相關技術,是目前研發和創新的高度優先事項。其次是氫氣配送至供應端的相關基礎設施,包含加氫站、船用燃料、氫氣壓縮,以及用於氫氣進出口的港口碼頭。這彰顯了國際氫氣貿易日益增長的趨勢,其中港口作為氫氣長距離運輸和分配到內陸地區的樞紐。
在儲存技術方面,壓縮氣體、液態儲存及化學載體(如氨氣、液態有機氫載體(liquid organic hydrogen carriers, LOHC))被視為創新的高度優先事項,其次則是地下儲存(如枯竭天然氣田、岩層、鹽穴)。
(三)終端應用
氫能終端應用主要聚焦於長途重型運具(如重型卡車、船舶、航空、公車)、高耗能工業(特別是鋼鐵、化學製程與水泥產業),以及供電與供熱應用。氫氣可在供電與供熱應用中取代化石燃料,因此研發和創新優先事項則為透過燃氣輪機平衡負載和大規模發電,其次以氫燃料電池作為離網的移動電源、備援電力,或是以定置型燃料電池結合熱能發電。
三、氫谷示範案例
除了技術研發與政策推動,氫能的真正考驗來自於落地實踐。在潔淨氫能任務(CHM)的全球合作框架下,透過氫谷(Hydrogen Valleys)展開從生產、儲存、運輸到多元應用的綜合示範項目。截至2024年,全球已有98個氫谷,其中74%位於歐洲,其餘分布於美洲(11%)、亞太地區(10%)及中東和非洲(3%)。以下為八個具代表性的案例:
(一) 美國洛杉磯港(Port of Los Angeles):Shore to Store 示範計畫
目標透過氫燃料電池重型卡車與加氫站的實地部署,減少港口重型運輸所帶來的空污與溫室氣體排放。該計畫導入10輛氫能重型卡車,並設置兩座高容量加氫站,以再生天然氣製氫,可成功行駛超過2萬英里,展示氫能供應鏈從生產到重型運輸的整合能力。未來,將進一步研發氫燃料電池重型卡車所需的高壓元件、擴大車隊應用場域與商業化驗證,並持續加氫站的營運服務。
(二) 加拿大亞伯達工業中心(Alberta Industrial Heartland, AIH)
AIH匯集超過40家高資本密集企業(涵蓋生產燃料、化肥、電力與石化產品)的能源產業聚落,目標打造加拿大的氫能產業聚落。該計畫以蒸汽甲烷重組(Steam Methane Reforming, SMR)製氫,結合碳捕獲與轉化(如氨、液態有機氫載體(Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC))技術,並透過鐵路連接北美主要市場與港口,拓展工業終端應用(如工業原料、重型運輸燃料、熱電燃料)與出口至亞洲市場。然而,目前尚處於初期協調與規劃階段。
(三) 智利安托法加斯塔地區(Antofagasta):Volta 計畫
該計畫透過電解技術(electrolysis)生產氫能,並轉化為綠氨,供應當地產業與出口,預計每年可減少100萬噸CO₂排放。所需電力來自600MW太陽能發電園區,並於夜間輔以電網供電。此計畫分兩階段進行建設與營運,預計年產約30萬噸綠氨,並與鄰近港口基礎建設連接,另透過卡車運送至當地產業。第一期計畫預計將於2025年動工,並在2027年底或2028年初投入運轉。未來,將進一步研擬廢水再利用及太陽能模組回收的可行性。
(四) 澳洲中央昆士蘭氫能樞紐(Central Queensland Hydrogen Hub, CQ-H2)
CQ-H2為澳洲規模最大的再生氫專案之一,旨在透過氫能載體出口綠氫至亞洲市場(包括日本與新加坡),同時供應昆士蘭當地大型工業用戶。該計畫透過風能與太陽能電廠大規模電解製氫(目標至2030年氫氣日產量達800噸),以管線輸送,並轉化為氨與液態氫方式供應內需與出口市場。該計畫已於2023年9月進入前期工程設計階段(Front End Engineering and Design, FEED),預計於2025年中旬作出最終投資決策(Final Investment Decision, FID)。
(五)日本福島氫能研究場域(Fukushima Hydrogen Energy Research Field, FH2R)
FH2R 的目標是於福島建置製氫、儲氫與配送設施,最大化再生能源的利用效率,實現低成本綠氫生產技術。該計畫以20MW的太陽能供應10MW的鹼性電解槽(Alkaline Electrolysis, AE)生產綠氫,氫氣儲存於鋼瓶內配送至多個應用場域與測試設施。該計畫導入先進管理系統,可依據電網供電狀態與氫氣需求預測,自動控制電解槽啟動與產能調節,並已驗證電解系統的可靠性與多元應用潛力。未來,將進一步擴大電解規模,並與氫氣終端用戶合作,開發更先進的技術,以加速商業化應用發展。
(六)沙烏地阿拉伯 NEOM綠氫公司(NEOM Green Hydrogen Company, NGHC)
NGHC計畫於NEOM建置綠氫生產廠,以4GW再生能源(風能和太陽能)提供2.2GW電解槽製氫,預計2026年底投入營運,可日產600噸氫氣,每年可減少500萬噸CO₂ 排放。生產的綠氫將轉化為綠氨,透過專屬碼頭出口至國際市場,為全球難以脫碳產業提供潔淨替代能源。
(七)西班牙巴斯克氫能走廊(Basque Hydrogen Corridor, BH2C)
BH2C 的核心目標是在西班牙巴斯克地區打造完整氫能生態系,透過52項計畫與公私協力機制,推動能源、交通與工業部門脫碳,並藉此促進區域經濟復甦與產業轉型。計畫涵蓋製氫、運輸、儲存與應用領域,成果包括2.5MW電解槽投入營運、西班牙首條氫氣管線啟用,以及氫能交通工具(巴士、軌道列車)。未來,將進一步擴建130MW電解產能,發展氫基合成燃料與綠鋼出口,並與荷蘭阿姆斯特丹港共同發展跨境氫能走廊。
(八)英國BIG HIT 計畫
英國「BIG HIT」計畫旨在奧克尼群島發展氫能,整合風力與潮汐發電所產生的再生能源電解製氫,並透過氫氣拖車及渡輪在島嶼間配送,以提供運輸燃料(燃料電池車)、學校及港口等建築物電力及熱能的需求。計畫已成功建立氫氣物流與安全操作流程,並透過平台彙整全球氫能流域的經驗知識,促進其他地區的可複製性。未來,將氫能應用進一步拓展航空與海運脫碳領域,如氫基合成燃料(e-fuels)。
[1] Mission Innovation. http://mission-innovation.net/