綠能前瞻永續台灣

依「技術成熟、成本效益、均衡發展、帶動產業、電價可接受」原則,達成再生能源目標

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工研院發表「氫能發展藍圖」 工業餘氫純化再利用也能發電

  • 發佈日期:2022/6/29
  • 資料來源:環境資訊中心
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2022年06月28日 環境資訊中心記者 劉庭莉報導

氫被視為終極的潔淨能源,展望新能源發展,工研院昨(27日)發表「台灣2050氫應用發展技術藍圖」,延續今年3月國發會公布的2050淨零路徑,從發電、工業、移動載具三大氫能應用,替未來30年氫能技術、應用發展開啟新篇章。

工研院昨(27日)發表「台灣2050氫應用發展技術藍圖」。攝影:劉庭莉

2050淨零碳排 未來以氫氣發電取代化石燃料
氫氣經過反應後,只產生水、不排放二氧化碳,被視為淨零碳排的解方之一,全球已有超過30個國家及地區發布氫能戰略。「台灣2050氫應用發展技術藍圖」是延續今年3月國發會公布的2050淨零路徑,與經濟部新成立的「氫能推動小組」共同研擬,針對未來30年於發電、工業、載具等氫應用發展、氫氣供應及法規等面向提出規劃。

工研院院長劉文雄表示,透過氫能發展藍圖,希望不僅達到淨零排放目標,更可以協助打造我國具競爭力的氫能產業鏈。

國發會的淨零路徑中,氫能占我國2050年電力來源9~12%。根據氫能藍圖規劃,未來將以混燒或專燒氫氣的燃氣發電,逐步取代燃燒化石燃料的發電機組。台電副總經理郭天合表示,今年4月與西門子簽訂氫能混燒合作備忘錄(MOU),明年將混燒5%氫氣評估可行性,預計2040年將混燒比例拉高至20%。

未來天然氣電廠將轉型燃氫氣,至於燃煤機組,郭天合透露,年底預計和三菱公司簽MOU,使用林口發電廠混燒5%氨氣,目標2030年混燒20%。工研院預估,2050年氫氨需求約750萬噸,氫氣約435萬噸、氨約315萬噸。其中氫氣進口約75%、自產25%。

台灣2050氫氨需求及供給初步評估。圖片來源:擷取自記者會簡報

電解水產氫正夯 使用再生能源的「綠氫」加備受矚
而隨著再生能源占比增加,為有效調節再生電力與併網利用率,電解水產氫技術將是國際趨勢。

工研院研發出自主化膜電解水產氫系統設計與觸媒/膜材技術,較傳統降低成本30%,以高效率、低成本、零污染技術生產氫氣與氧氣。透過再生能源產生「綠氫」,可提供電廠進行混氣發電、成為氫能車動力來源、當成燃料使用等,也可作為鋼鐵、石化業者的乾淨料源,達到減碳的效益。

不過,工業總會理事長苗豐強則認為,我國目前再生能源不足,企業也有購買綠電需求,綠氫就現階段不是可行的做法,「藍氫」才是5~10年內務實又成本較低的選擇。

藍氫是指用天然氣製造,再經由碳捕集及封存技術,避免碳排外洩所產出的氫氣。

「綠色甲醇」是淨零關鍵技術 工業製程餘氫還能純化再利用
在工業應用上,鋼鐵與石化產業可利用氫氣治金、鋼化聯產及使用低碳氫以降低製程碳排,半導體製程產生的大量餘氫,也可加以回收利用及發電。

工研院說明,過往工業餘氫因對環境沒有污染,常常直接排放掉,或是石化業者會用氫氣作為熱電共生的燃料,但近年越來越重視淨零碳排,因此希望能循環利用工業餘氫。

工研院也研發出「高效濾氫純化模組」,能將半導體、石化等產業製程產生的約70%餘氫,進行純化回收至產線循環利用。透過篩分隔離與質傳過濾雙機制技術,用低成本陶瓷金屬取代昂貴鈀金屬,除成本優勢外,體積也只有現有技術的一半。

工研院研發出「高效濾氫純化模組」,能將半導體、石化等產業製程中的餘氫,進行純化回收至產線循環利用。攝影:劉庭莉

除此之外,產業界降低碳排不可或缺的關鍵技術之一,就是用「綠色甲醇」取代化石資源。目前工研院與中鋼、中油合作,透過建立高性能二氧化碳觸媒氫化技術,將捕獲的二氧化碳直接與氫氣作用、生成甲醇,可轉化成乙烯等化工產業基礎原料。

如此一來,不僅能同時滿足製程二氧化碳零排放及將廢氣轉化高值化學品的需求、提高甲醇生成效率,更降低反應溫度、節省能耗。

定置型SOFC燃料電池 具分散式電力潛能 住宅也有望受惠
餘氫純化回收也能供給燃料電池發電。定置型SOFC (Solid Oxide Fuel Cell,固態氧化物燃料電池)燃料電池,就是將碳氫燃料能量轉換為電力輸出,具有低污染排放、低噪音且發電效率高(>55%)的優點,可適用於天然氣、沼氣、工業副產氫及純氫等多元料源。

工研院表示,目前已有兩套定置型SOFC,一套在台南沙崙綠能科技示範場,另一套與中油合作,在高雄運轉。透過長期運轉示範,希望能了解提升效率、穩定性或降低成本的改善方向。

定置型SOFC更是具潛力的氫能分散式電力技術,工研院解釋,這對產業而言等於是自建電力,企業若自備,可減少向台電購買電力,還能降低碳排量,目前已有多家企業詢問。不過因尚未量產、市場未開,成本較高,未來量產後還有望進入住宅區。

定置型SOFC可利用製程既有產氣裝置或另購買氫氣料源,是具潛力的氫能分散式電力技術。攝影:劉庭莉

氫能電動車必備 金屬板燃料電池體積更輕薄
根據國發會淨零路徑,我國2050年新掛牌道路用車將全面電動化,當年度預估達40萬輛。其中,高載重、長途運輸的如大型客車與貨車,更有25%將以氫燃料發電。

為此,工研院研發高功率金屬雙極板電池組,可應用於交通載具、無人機及備援電力市場,將有助於減少交通及能源部門之碳排。新技術能有效提升電池功率密度與壽命,進而達到減碳效益,也具有低成本、體積輕薄、高效率的特性。

工研院研發金屬板燃料電池電堆,可應用於交通載具、可攜式及備援電力市場,將有助於減少交通及能源部門的碳排。攝影:劉庭莉

而氫氣為氣態燃料,須以高壓儲氫瓶盛載,才能安全儲存及運送,工研院透過纖維複合材料、自動化纏繞製程等技術,成功研發出高安全、耐腐蝕且輕量化的儲氫瓶,並減少60%以上的重量,可用於加氫站、乘用車、軌道車輛及航空器。

目前工研院也和中油合作,包括低溫燃料電池、儲氫瓶。中油董事長李順欽表示,中油將轉型重心放在氫能,希望成為台灣新動能的供應者,預計明年底打造台灣第一座移動式加氫示範站,「要淨零碳排,沒有氫能萬萬不能。」

2050年 工研院規劃北中南氫應用特色園區
考量未來氫氣運輸及區域特色,工研院規劃在台灣西半部打造不同功能、特色的氫應用特色園區。

工研院綠能與環境研究所副所長萬皓鵬表示,北部具有環境及輸配電優勢,既有電廠改以混氫發電,或利用既有電廠原址,新設氫/氨專燒發電園區;中部配合離岸風電發展,規劃綠氫生產與發電園區;南部則搭配石化、鋼鐵等既有工業聚落及天然氣接收站,規劃為重工業減碳園區。但氫能應用仍在開發初期,將會滾動式檢討。

由於目前仍無氫能相關法規,苗豐強擔憂,國內要大量發展氫氣,但不論是加氫站或進口氫氣,相關規範都還未訂定,他認為,現階段最緊急的事為訂定法規,希望政府儘速和產業界合作討論。

台灣2050氫應用發展藍圖初步建議。圖片來源:擷取自記者會簡報
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