各國氫能推動策略
工研院IEK 盧俊鼎
一、前言
再生能源的相關設施及技術欲能成功商業化，其於市場發展初期必須完全倚賴政府的政策補助及各項基礎設施的配合建造佈設，始能取得營運與研發所需之龐大資金及市場驅動力，增加商品市場化與普及化的機會。其中，氫能燃料電池的推動，除了需要具備高效率的電池模組外，天然氣或氫能加氣站、運輸管線、運輸設施等基礎設施的配合設置更是不可獲缺。相較於太陽能與風能等再生能源發電裝置，氫能燃料電池的發展除了注重設備的裝設價格合理性、政府提供之回饋或減稅措施等因素之外，氫能或天然氣所需的基礎設施建置將成為燃料電池成功與否的重要關鍵。
美國能源部部長朱棣文於2009年5月在國會表示，研究電動車、插電式汽車的電池以及研發生質燃料「是高明得多的投資」，因此政府公布2010年之年度國家預算時，特別將氫氣車的研發預算從目前的1億6,900萬美元刪減成6,800萬美元。但預算案於7月提交眾議院時，其反向提出將氫氣車研發經費增加為1億5,300萬美元、參議院更增加為1億9,000萬美元。此項訊息透露，雖然代表企業利益的參眾兩院欲藉由研發經費的提升維持氫能燃料電池汽車的發展，但政府與技術部門則對於燃料電池組，特別是氫氣的製造及基礎設施設置上的疑慮漸增。因此本文將從氫能的製造方式、各國政策推動措施等，分析燃料電池發展所面臨的問題與未來的機會。
二、主要國家氫能發展策略
(一)氫氣製造的方式
燃料電池之氫氣燃料生成來源目前主要可分為以下幾種方式(圖1)：
- 碳氫化合物之重組提煉或分解；
- 再生能源：包括(1)生質燃料之化學反轉或發酵生成；(2)生物性光裂解水；(3)太陽光電解水；(4)產電後之電解水；
- 高熱直接裂解水：如第四代核能發電技術。
此外，尚有以水直接電解產生氫氣的方式，但其成本較上述之方式為高，經濟效益極低，故雖然目前有以此方式進行氫氣製造，但除了產製的組織或國家具有極為廉價的天然資源外，電解水產氫其實無大型量產的可能。
在各種氫氣製造的方式中，以碳氫化合物提煉分解及以生質燃料反轉的方式產氫均會產生二氧化碳。在產生可用能源的同時也增加了溫室氣體的製造，對於環境有負面的影響。
以目前的科技水準而言，上述所有氫氣產製方式均需付出相當高的成本，相較於目前的化石燃料價格而言其代價極高。有鑑於此，殼牌(Shell)石油公司於1999年在冰島設置新能源(New Energy)事業部，開始有效利用冰島的豐富地熱資源進行氫氣製造。因冰島具有得天獨厚的天然資源，因此得以製造較為廉價的氫氣，這也是冰島積極發展氫氣產製技術與提倡島內各項與氫能經濟相關設施及應用的原因。
資料來源︰彭光中，工研院IEK(2008)
圖1 氫氣產生來源
(二)各國發展策略與措施
燃料電池的發展步調受制於氫能的價格與基礎建設的佈建，因此政府的態度與措施具有舉足輕重的地位。以下簡介主要國家的氫能推動政策。
1.美國
美國與加拿大的氫能研發始於1973年的石油危機，並於當時成立「國際氫能協會」。美國對於氫能的研究始於上個世紀的70年代，每年投入的資金從未超過2.4億美元。直到90年代時，隨著全球氣候變化和減少石油進口依賴的問題逐漸受到關注，其投資金額才逐漸提高。
2001年美國舉辦氫能源會議討論氫能源的發展，其中有三項與未來氫能發展直接有關的結論：(1)氫氣是美國解決未來能源短缺問題所必需思考的選項；(2)氫能經濟可能需經數十年的時間才能真正成形；(3)即使氫能的應用設備或機具都已發展成熟，其相應的基礎設施及運作系統仍有待建立。
2.巴西
巴西對於氫氣的產製是採取生質燃料轉化與廉價天然資源電解發電的方式。
巴西是世界乙醇燃料最大的出口國，每年總產量超過30億加侖，然而在製造乙醇時，僅有33%的原料能成功轉化為乙醇燃料，因此將剩餘的原料轉化以產生氫氣成為巴西目前的發展策略。
同時巴西具有豐沛的水力資源，因此規劃應用非峰值用電時刻進行水力發電大規模的電解產氫。目前每年約可產出50萬公噸的氫氣供工業使用。
3.冰島
冰島規劃於2030年時，由仰賴化石能源的經濟型態轉化為氫能經濟的時代。由於缺乏化石燃料資源，因此冰島開始著手開發豐富的水力發電容量和地熱資源，並以此提供超過一半的能源需求予各項運輸設施，及提供接近於100%的電力需求。
冰島的化石燃料主要供應汽車與船舶等運輸工具，進口成本非常高昂，此也間接促成電動車輛與燃料電池車在冰島成形。由於水力與地熱發電所產生的電力價格僅為USD 2 cent /kWh，故冰島每年可藉此產出2,000公噸的電解氫，未來並希望通過提供充足的氫氣滿足本國整個運輸業的能源需求。
4.挪威
挪威與冰島相同，電力幾乎100%可由水力發電的方式獲得，但與冰島不同的是，挪威雖然擁有豐富的天然氣及部分石油資源，其對以化石燃料為主要動力來源的汽車、船舶等設備或工具，採取高額稅率的行政管制措施。因此，在主觀的政府策略管制與客觀的充沛環境資源條件下，使得挪威得以轉型為氫能經濟型態的能源使用體。
挪威於2003年成立了國家氫能委員會，並於2004年制定前期10年的發展規劃，同時並以發行長期債券的方法來推動氫能經濟的實現。
5.歐盟
2003年歐盟(EU)針對氫能與燃料電池的策略研究和行動計畫書中指出：「燃料電池潔淨且為高效率的能源轉化器，此項技術的潔淨關鍵在於氫能運輸方式，及其工具的本身是否能達成潔淨運輸的目標」。
歐洲委員會成員國預計在4年內以20億美元扶持發展氫能與燃料電池相關技術。歐盟在氫能與燃料電池的應用發展藍圖(Roadmap)中指出，2010年前的階段目標是開發以天然氣為原料的初級燃料電池產品，而於2020年時將會有5%的新型汽車和2%的船舶使用氫能產品，到2030~2040年市場的佔有量將會不斷提高，最後並預計在2020~2050年間，氫能源與先進核能將成為歐盟的主要能源的來源。
三、結論
所有再生能源的發展與市場化的成形，均需藉助政府的政策性補助或支援，始能於發展初期獲得所需的資金與商業機會，而燃料電池與氫能源的發展亦不例外。燃料電池的發展關鍵在於廉價的氫能來源與相關基礎設施的佈建，因此目前能採取積極措施推動氫能經濟的國家，其天然資源豐富為首要條件。歐盟與美國雖然工業與科技均極為先進，但對於氫能與燃料電池的發展及推動則採取步步漸進的方式。此因燃料電池與氫能源的發展，除了政策的策略支援及補助之外，運輸管線、加氣站等基礎建設的規劃與設置亦是決定其是否能提早成為再生能源主流的重要因素。而欲實現相關設施建造的投資金額極為龐大，非由企業主本身所能負擔，故此亦延緩了氫能燃料電池全面商業化時間的實現。
留言
張貼留言