一、前言
美國能源部氫與燃料電池技術辦公室(HFTO)為扣合「潔淨氫戰略發展技術藍圖」，在其最高戰略目標之下，發布至2030年的多年期計畫(MYPP)，以克服短、中、長期挑戰，並制定不同應用情境下的技術目標、支援的研發計畫以及資源配置，以協助實現2050年淨零目標。雖然潔淨氫的潛力無窮，但整體價值鏈仍面臨許多障礙，包括降低成本與提升效能、降低價值鏈的整體風險並擴大技術規模、大規模採用等，因此在MYPP中分別訂定關鍵目標與支援的研發計畫。以下說明HFTO多年期的研發計畫，包含生產技術、基礎設施、系統開發到標準規範的優先策略、RD&D目標、面臨挑戰、聚焦領域。

二、氫氣生產：
主要利用再生能源與自然資源(如水、生物質等有機材料)生產氫氣，以協助運輸、工業等領域脫碳，目標是2026年潔淨氫成本降至2美元/kg，2031年1美元/kg。目前市場上以天然氣經過蒸汽甲烷重組的生產成本低於1.5美元/kg以下，然而以太陽能、風能、核能電解產氫在短期內的成本超過5天美元/kg，長期必須依賴更高效率的技術，如不須電力的光電化學(photoelectrochemical, PEC)與熱化學或生物、廢棄物轉換法，或混合先進製程加碳捕捉與封存(CCUS)等。

1.優先策略：至2030年前以改善電解槽技術的可負擔性、效率及耐用性為主，至2050年則尋求電解以外的創新技術，如太陽能PEC、太陽能熱化學產氫(solar thermochemical hydrogen, STCH)水分解、生質與廢棄物生物轉化技術等。
2.研發目標：至2026年除潔淨氫成本降至2美元/kg以外，低溫電解槽達250美元/kw、65%效率、8萬小時耐用性；高溫電解槽達500美元/kw、76%效率、4萬小時耐用性。至2025年太陽能直接轉換氫氣效率超過10%、持續超過500小時；整合發酵-微生物電解反應器每天連續產氫25L。
3.挑戰：電解相關技術挑戰包括：(1)質子交換膜(PEM)電解槽：薄膜優化、電極與多孔傳輸層的改良、先進的觸媒與離子聚合物等。(2)液態鹼性電池：擴大可製程相容的先進電池製造規模；改良觸媒和基材、觸媒和電解質、隔離膜和電解質等介面。(3)氧離子傳導的固態氧化物電解槽(oxide-ion-conducting solid oxide electrolysis cell, O-SOEC)：開發可製成相容的先進材料與介面；改善電池和電池堆的熱處理技術；開發高通量與低成本的隔離膜等。(4) 鹼性交換膜(alkaline exchange membrane, AEM)電解：高電解效率及耐用的先進薄膜，以及無貴金屬之觸媒。(5) 質子傳導的固態氧化物電解槽(proton-conducting solid oxide electrolysis cell, P-SOEC)：改良的電池零組件材料。(6)前瞻技術：包含PEC、STCH、生物轉化等製氫技術，目前的技術準備度尚低。無論PEC或STCH都有材料、系統耐用性及成本的考量，生物轉化則有熱管理、培養維護與氫氣收寄等系統性挑戰。
4.研發重點：低溫電解主要以材料與設計創新、提高效率與耐久性為主，高溫電則聚焦在零組件最佳化、熱管理、系統工程創新，前瞻製氫技術重點在材料、觸媒、熱化學循環，生物轉化側重廢棄物進料處理、優化混合動力系統。

三、氫基礎設施
平價而廣泛應用的關鍵在於氫的運輸與儲存。由於氫可以壓縮成氣體、低溫液化或混合載體材料運送，每種運送方式都須要系列技術配合，設施類型取決於需求的量與頻率、純度要求、運送距離、價格競爭力等。氫可以儲存在固定或便攜式裝置，也可以利用材料進行可逆與不可逆的儲存方式，視應用端決定。

1.優先策略：在2030年前以重型車輛與機具的運輸與配送、高壓氣態或低溫液態的儲氫容器為先，長期則以高密度低壓儲氫的創新材料、先進的液化氫與載體配送概念為主。
2.研發目標：至2030年的儲氫成本，運輸用儲存系統在能源效率2.2 kWh/kg與 1.7 kWh/L下為8美元/kWh，用於坦克的高強度碳纖維成本為14美元/kg；用在大規模氫氣製造與分銷的成本，在早期市場的運輸與應用為7美元/kg，拓展到高值化終端市場的價格為4美元/kg。
3.挑戰：可分為體積密度、運送與儲存3方面，雖然可以高壓壓縮氫氣、低溫液化及加入載體等方式改善體積密度、但對於儲存與運輸都造成新的挑戰；運輸方面以壓縮機等零組件創新、載體與觸媒材料創新等解方因應，儲氫則視終端應用的需求如運送時間與容量、加油率、耐用性與操作性而訂，解決循環與材料相容性問題。
4.研發重點：以重型運輸、化工製程與儲能為優先領域，透過聯盟方式(如HyMARC, H-Mat, and HyBlend)解決成本、耐用、效率、永續及安全問題。中、短期以運銷的材料相容性、加氫的零組件與液泵吞吐量以及加壓的碳纖材料、大容量儲存等創新研發；同時在運銷與儲存共通的氣體儲存、低溫液體儲存、加氫方式等方面也多所著墨。長期則朝創新液化技術、提高能量密度的材料、開發載體材料及商業可行性等方向邁進。

四、燃料電池技術
短期聚焦於滿足高效、耐用與低成本的重型運輸應用，中長期則針對供發電與長時間電網儲能的多元應用，開發次世代燃料電池，包括可逆燃料電池及電-熱-氫三重熱電聯產混合動力法。

1.優先策略：2030年前利用直接以氫為燃料的質子交換膜(proton exchange membrane, PEM)燃料電池來達成重型運輸的目標，長期則包括不含貴金屬觸媒的PEM燃料電池、鹼性交換膜(alkaline exchange membrane, AEM)燃料電池、雙極膜燃料電池、直接液體燃料電池、中溫燃料電池、可逆燃料電池及多聯產混合燃料電池等次世代燃料電池。
2.研發目標：至2030年長途卡車燃料電池系統80美元/kW、耐久2.5萬小時、68%尖峰效率，重型燃料電池製造能力為單一系統年生產2萬個電池組，固定電源成本為1,000美元/kW、耐久8萬小時，儲能用的可逆式電池成本1,800美元/kW、發電效率60%、耐用4萬小時。
3.挑戰：可降低成本、提高耐用性、高功率與環境永續性的材料與零組件，包含觸媒、薄膜與離子聚合物、膜電極組、雙極板與氣體擴散層方面。以及可跨領域應用的系統與製造，包含電池組設計、周邊輔助系統耐用性、固定式應用的淨化與燃料轉換處理、特定封裝需求、系統的可擴展性等。
4.研發重點：短中期重心在重型運輸的性能與耐用度為主，包括運輸、資料中心、熱電聯產的主要與備用電源，長期則以次世代電池靈活應用、可逆式燃料電池系統等為重。

五、系統開發與整合
旨在透過鑑別發展機會、技術驗證、系統整合、商業部署，利用經濟規模來降低成本，以展示潔淨氫能源的高影響力應用，包括運輸、化工及能源產業等。

1.優先策略：根據最終應用的相對吸引力在時間軸展開，運輸的重點是在零排放運輸走廊的展示，並驗證燃料電池在現實狀況下的耐用程度與高流量加氫；化工製程最有潛力的應用在鋼鐵業脫碳以及作為其他化學品與永續航空燃料等的原料；儲能與發電應用上可支援電網的穩定性與靈活調度。
2.研發目標：到2031年持續10小時的儲能系統將降價90%；到2035年，實現完全潔淨電網、工業供熱的溫室氣體排放降低85%、潔淨燃料排放較化石燃料排放減少85%、確保中重型聯邦車隊完全零排放。
3.挑戰：整合不同應用、不同功能的材料相容性與整體系統安全性。
4.研發重點：針對海、陸、空運輸應用以負載率、續航力與加氫設備相關研究為主；針對化工製程，依金屬及化學分別透過技術驗證及市場分析等進行大規模部署的展示研究；針對能源領域，則依電網整合與再生混合系統、核能混合系統、分散電力系統，分別驗證可靠性與效率。

六、系統分析
以模型工具分析不同市場情境中的技術經濟分析、供應鏈與生命週期分析、系統整合與跨部門交互作用、市場評估與決策分析、規劃與優化的情境展開、綜合分析等。

1.優先策略：近期以早期市場進入的建模與分析為主，中期以利基市場與早期到中期市場的進入機會所須要的研發與展示、評估主要成長市場機會，長期為規模化生產提供決策以及供應鏈擴張、能源轉型等資訊。
2.研發目標：支援其他目標和里程碑所須的模型組合。
3.挑戰：必須隨著新技術、新應用、新市場與時俱進，並針對區域部署時獨特的區域資源、產業架構或其他市場驅動與限制因素，客製規劃市場評估與情境分析。
4.支援各子計畫進行建模與分析

七、安全、規範與標準
從電解槽、輸氫管到加氫站，期以技術安全性為優先考量，促進產、官、學與模型開發組織、法規單位的合作，協調全球通用的安全部署。

1.優先策略：以氫氣各種反應行為的風險研究與開發、零組件開發與驗證、材料相容性開發、規範與標準的協調、安全資源與支援等5大主題為優先。
2.研發目標：氫氣感測器的敏感度到2026年要達ppb等級，到2029年建立定量量測ppb等級氫氣濃度的能力。氫的規範與標準方面，至2025年簡化氣體散裝儲存的指南，並制定重型車輛加氫的方法；2027年制定每分鐘10公斤的加氫零組件標準、為3種混合氫行為模型提供量化的風險；2030年提供工業與儲能應用潔淨氫的法規、規範與標準。
3.挑戰：包括測試的科學驗證方法、國際標準與法規的統一、基礎設施的政策支持度等。
4.研發重點：針對5大優先主題分別訂定中、長期研發里程碑。