專欄
德國更新氫能策略,邁向氫能大未來!
德國將氫能擴大應用到一般民眾的生活中,氫能熱水器問世,未來氫氣也可以透過管線輸送到家戶中。不管是用在民生、交通或工業上,都得用再生能源製氫,才能真正降低排碳。這麼大量的綠氫從哪裡來?德國的國家氫能戰略,如何將氫能大未來化為具體的執行計畫? 氫氣取代天然氣!德國推氫能熱水器 德國人家家戶戶都有鍋爐,利用天然氣加熱、提供房屋暖氣或是燒熱水,現在他們要用氫氣取代天然氣。 氫能熱水器的外觀,就像台灣的熱水器一樣,氫氣是從下方管線輸入,而且完全由氫氣運作。(圖/獨立特派員) 德國萊因集團能源設備測試中心經理Mario Reimbold說:「一旦氫進入裝置,它將與周圍的空氣混合。就像天然氣一樣,它將以一定的比例混合,然後在燃燒室中被點燃,產生火焰。」而一般熱水器燒天然氣,會產生二氧化碳跟水,但氫氣燃燒後,就只會產生水。 但氫能熱水器要真實進入家庭,得透過管線,把氫氣送進家家戶戶。Mario Reimbold表示,目前德國正在不同的城鎮試驗,將現有天然氣網路中混合20%氫氣,效果非常好。 如果混合氫氣超過20%,現有天然氣管就必須更新,歐盟已經制定歐洲氫骨幹計畫,長達28000公里的氫能管線將遍布歐洲,德國國內也盤點了通往用戶的天然氣管。 德國聯邦外貿與投資署氫能專家Raphael Goldstein說:「60%的基礎設施已經存在,因為我們將對天然氣管道進行翻新,其中的一大部分,將轉換成氫管道。」 家家戶戶如果都要裝氫能熱水器,如何確保裝置的可靠性,要第三方機關來把關。德國萊因集團氫能中心負責人Thomas Fuhrmann說:「我們的公司與產業、政府、國際組織一起合作,共同制定非常明確的規則,如果這些規則被遵守,氫氣的安全使用就可以得到保證。」 德國能源轉型之路氫氣從哪來? 埃瓦爾德廢棄的煤礦場旁,豎起大大的風機,礦業城鎮黑爾滕,正要轉型成氫能之城。德國萊因集團氫能中心工作人員Steffen Laubrock說:「我們從黑爾滕用戶中心外面的風機,獲得再生能源,最終將其轉換為氫氣。」 戶外風力發電產生電能,在電解槽中,將水分解成氫,是已經很成熟的鹼性電解技術。(圖/獨立特派員) 在過濾系統淨化過後的純氫,經過壓縮就可以儲存在大型的儲氫槽中,用來供應一旁的加氫站。除了這種成熟的鹼性電解技術,德國製氫也有使用PEM質子交換膜電解技術,還有另一種研發中、成本更低的製氫科技AEM。 德國北萊茵西伐利亞邦北部的一片公園裡有個白色貨櫃屋,這裡有全世界第一台兆瓦級的AEM陰離子交換膜電解槽。德國Enapter公司CTO Jan-Justus Schmidt表示,PEM製氫技術需要使用大量稀缺且昂貴的材料,使用AEM技術則可以使用非常常見的材料來製作電解機組堆疊,將水分解為氫氣和氧氣。 超過四百個鞋盒大小的電解模組堆在一起,一天可以生產450公斤高純度氫氣。(圖/獨立特派員) 這個貨櫃生產的氫氣,透過管線供給這家公司在三公里外的園區發電,加上太陽能,研發基地的能源完全可以自給自足。這個生物能源園區其實是當地政府與市民合資蓋的,15年來發的電,已經超過當地民眾用的4倍。透過賣綠電,市民一年可以拿回6%的回饋金,也創造就業機會,甚至還讓鄰近的明斯特大學進駐,研究結合氫氣與生物氣體,讓生物氣體生產更有效率。 氫能發展刻不容緩德國更新國家氫能戰略 如何克服民眾對氫能安全的擔憂?德國薩爾貝克市氣候保護部長Martin Sammler說:「關鍵在於讓人們透過正確管道獲得資訊,讓他們提出問題,透過溝通降低人們的擔憂。」 德國2020年制定國家氫能戰略,俄烏戰爭後,天然氣出現缺口,更凸顯氫能轉型的重要性。因此在2023年再次更新內容,將2030年的氫氣需求量提升為130太瓦時,除了國內產氫量必須提升一倍,50-70%還是得從國外進口。 不過,在其他國家投資再生能源製氫,再輸送到德國,也引來新能源會不會成為新殖民主義的批評,海外產氫計畫能不能創造雙贏,還得等待時間驗證。當綠氫可以大量進口,專家也計算出到了2030年,德國綠色氫氣價格可望降低到趨近於藍氫、甚至是灰氫,每公斤大約2-5歐元,就算市場還是無法負擔,也有補貼機制。 德國透過務實的計畫,將氫氣用量、進口、運輸及產業應用,化為執行策略。而台灣政府也有氫能規劃草案,預計2050年9-12%的發電量將採用氫能發電,到時候台灣用的氫,只有一成是自產,九成必須仰賴進口。但自產氫的再生能源從哪來?又要從哪裡進口?還有進口後如何轉換,都必須及早規劃。 (※林珍汝 賴振元/採訪報導)
專欄
氫能火車巴士上路,德國交通運輸能源轉型中
全球首列氫能列車德國搶先上路 走進德國的火車站,仔細看看進站中RB33列車,發現列車上方沒有電纜線,也不是燒柴油,它是全球第一列營運中的氫能列車。由法商阿斯通製造、德國聯邦政府及下薩克森州政府購買,當地的evb公司負責營運,於2022年8月上路,目前一共有14列。 營運中的氫能列車有4節車廂,一共156個座位,列車最高時速可以達到140公里。(圖/獨立特派員) 氫能列車讓德國不來梅北方三座城市之間的居民通勤更加便利,最短距離的車票大約是122元台幣,且在市區速度會降低,行駛中更是幾乎聽不到噪音。 evb鐵路公司特地空下一整列氫能列車,帶著採訪團隊前往維修廠介紹它的構造。德國evb鐵路運輸公司發言人Christoph Nagel提到,氫氣具有可燃性,大量聚集可能產生氫爆,因此儲氫罐裝在車頂,一旦洩漏就會直接溢散到空中。 氫能火車的原理,是儲氫罐的氫,在燃料電池中與氧氣作用,發出電之後,儲存在火車下方的電池中,供電給馬達驅動火車。(圖/獨立特派員) 除此之外,火車也有專用的加氫站,刷卡、輸入密碼,將特製的加氫管連接到火車的加氫孔,司機一個人就可以操作加氫。德國evb鐵路運輸公司首席工程師Christian Glauner說:「有兩個儲氫罐,如果儲滿氫,我們可以開火車行駛大約1000公里。」 氫氣依照來源,從天然氣等化石燃料重組的叫作灰氫;過程把碳捕捉下來封存的,稱為藍氫;而排碳最低的是綠氫,由再生能源電解水而成。(圖/獨立特派員) 這座全世界第一個火車專用的加氫站,目前氫氣是來自附近化學工廠的副產品,也就是所謂的灰氫。氫能火車要真的用到綠氫,還得再等一段時間。 Linde火車加氫站技術人員Alexanda Zoerner說:「也許兩三年後,在現場直接為火車生產氫氣,使用電解系統,綠色電力來自風力發電和太陽能公園,就在車站旁邊。」 在加氫站中每天儲存超過1800公斤的氫氣,因此安全是首要任務。現場有許多安全規定、出入口管制嚴格,周圍也有風扇和氫氣感應器。這種嶄新的科技,對習慣開柴油火車的駕駛來說,也是新挑戰。除此之外,當火車的重要零件,從車底變上車頂,維修流程都得重新設計,還要制定新的安全流程和標準,甚至連當地的消防隊都必須進行相關培訓。 為了世界首組氫能列車,德國聯邦政府及下薩克森州政府,一年來已經投入超過三十億台幣。而且他們更計畫在2026年建設一座氫氣工廠,未來如何製造大量綠氫、讓價格降低,是氫能普及的挑戰。 能源轉型 從氫能公車開始走入生活 德國除了下薩克森州有氫能列車,法蘭克福也有少數路線在試營運。位於北萊茵邦的迪倫地區,早期以開採煤礦聞名,現在也面臨能源轉型的問題,而他們的抉擇是氫能,不僅簽約採購氫能列車,也有五輛氫能公車已經上路。 氫能巴士利用儲氫罐中的氫氣跟空氣中的氧氣,在燃料電池裡面作用,化學能轉換為電能儲存到電池裡,電力再驅動馬達讓公車動起來,最後排放的只有純水。(圖/獨立特派員) 氫能公車的內裝跟一般公車差不多,不過駕駛的儀表板上會顯示氫氣剩餘量及可行駛的公里數,搭起來也比燃油公車安靜。載著五罐滿滿的氫氣罐上路,司機們並不擔心,在事故發生時氫氣罐會全部開啟,氫氣往上散溢、氣罐會排空,因此對於駕駛者來說並不危險。 加氫氣比汽油便宜?氫能車發展指日可待 同樣是採礦城市,面臨能源轉型的德國黑爾滕市,他們也想推廣氫能。市政府的工作人員,正在為公用的氫能車加氫。 這間加氫站由黑爾滕市政府跟幾家企業合作一起設立,氫氣價格一公斤大約440元台幣。(圖/獨立特派員) 氫能車加滿氫不到台幣兩千元,在德國已經比加汽、柴油都便宜。但因為全德國只有92座加氫站,而且民眾能買到的氫能車只有日本及韓國進口的兩種車款,加上現在氫能車價格又高,所以全德國1到11月只掛牌兩百多輛。 不過德國的BMW也想插足氫能車市場,目前已經有一百輛氫能車在全球試駕,就看汽車製造大國的氫能車,能不能追日趕韓。還有搶先應用的氫能大眾運輸,在最新的國家氫能戰略下,如何引領德國走向氫能大未來。 (※林珍汝 賴振元/採訪報導)
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什麼是碳捕捉?台灣能藉此達成2050淨零願景嗎?
二氧化碳的減量技術已經成為顯學。目前台電在台中電廠加緊試驗,將蓋起全台灣最大的碳捕捉場。成功大學的陳志勇教授則帶領團隊研發,將二氧化碳轉化為石化原料。不過碳捕捉和再利用的成本都很高,如何降低成本,也是這些新科技能否產生經濟效益的最大關鍵。 碳捕捉利用及封存成顯學 背後的學問是什麼? 氣候變遷挑戰來臨,為達淨零排放,全球積極投入新科技開發,包括採行低碳生產、發展綠色能源以及提升能源使用效率。當減無可減,如何將二氧化碳捕捉封存再利用,也成為各國推動淨零重要策略。台灣為實現淨零排放,政府制訂12項關鍵戰略,其中「碳捕捉利用及封存」正由台電加緊試驗。 台電綜合研究所化學資深研究專員楊明偉說明,碳捕捉就是從煙道氣體的混合氣體裡面,把二氧化碳分離出來,然後把其他比較乾淨的成分,再排放到煙囪裡面。二氧化碳被吸附過了以後,它是吸在固態的吸附劑上面,人員要用真空或者降低壓力的方式把二氧化碳從塔底下拉出來,拉出來以後,還要經過加壓,然後存在鋼瓶裡面,拿去做後面的應用或者是研究。 碳捕捉的物理法吸附快,但捕獲量少,實際運用比較常見是化學法。它是利用鹼性溶劑,譬如醇胺,來吸附二氧化碳,這些二氧化碳從電廠煙道,經脫硝、除塵及脫硫後,引入貨櫃的試驗設備。 楊明偉表示,減碳技術園區在2025年到2026年左右會完成,完成以後可以捕獲兩千噸,下一階段大概在2035年左右,可以捕獲一百萬噸。 台灣能源規劃7成靠再生能源,但還有20~27%的火力發電必須靠碳捕捉和封存,才可達成零碳電力的目標。(圖/獨立特派員) 淨零期程進逼 盤點台灣現有碳捕捉技術! 極力發展各項捕碳大隊,在南部電廠,台電採生物固碳法,從天然氣4號機抽取尾氣,利用二氧化碳養殖微藻。 台電綜合研究所化學研究專員吳俊賢解釋,每收集1公噸的微藻相當於固定1.83公噸的二氧化碳。以現場光合反應器的養殖場來說,每年大概可以固定1到2噸的二氧化碳。 微藻生長速度快,固碳效果是樹木的10倍。南部陽光充足,很適合藻類生長。台電選用螺旋藻,將營養素萃取提煉做成保養品,並利用剩餘藻渣作為生質燃料,用來發電。 二氧化碳的減量技術已是目前顯學,再加以利用還可創造商機。在成功大學由陳志勇教授主持,他們致力開發將二氧化碳透過純化與氫反應產生甲、乙、丙烷。甲烷可作為天然氣;而乙、丙烷脫氫可轉化成乙、丙烯,就是石化業的基本原料,其關鍵就在他們的觸媒。 成功大學化工系特聘教授陳志勇認為,他們跟別人不一樣,用二氧化碳來發展石化產業,這是一條路。就是因為有這個觸媒,它的效率非常的好,只要在低溫就可以反應、氫化,所以附帶產出了將近20%的乙、丙烷。 在公民森林計畫專款支持下,經過疏伐,這片新生林地有了更多樣的生態。(圖/獨立特派員) 企業如何獲得碳權? 公民森林計畫累積碳庫儲量 要達成淨零排放,除了用人為方式,其實大自然碳匯才是對抗氣候變遷最佳利器。碳匯主要功能就是固碳,分成三種,森林是綠碳;土壤是黃碳;海洋是藍碳。今年台灣碳權交易所成立,對於碳匯,像是種樹如何轉換成碳權,也特別引起企業關注。 台大實驗林管理處研究員江博能坦言,在目前的方法學之下,要獲得碳權的機率是很低的,除非是私有地。即使是造林,可能要比較長的時間才能獲得碳權,這樣對企業來講,只為了碳而碳的話,不見得是一件好事。 社會企業好事交易所與台大實驗林合作發起的公民森林計畫,透過企業認養與群募,他們希望一點一滴聚沙成塔,增加台灣碳庫的儲量。 好事交易所執行長羅偉銘表示,從第一座造林的一點多公頃,到目前來到了林場的規模,已經超過十倍的增長量。 森林碳匯除了固碳,更包含生物多樣性的的重要價值。淨零不只是減碳,在氣候變遷議題中,除了科技開發,更重要是低碳生活。只要每個人改變生活型態,淨零也非遙不可及。 (※張筱瑩 周明文/採訪報導) 黃郁婷/編輯
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各國搶氫!韓國如何占有一席之地?
全世界超過30國發布氫能策略,各國也以政府角色來支持氫能發展,歐、美、日、韓、中、澳,都相當積極,其中,韓國的氫能發展,可以說是後來居上。 韓國蔚山是一座氫能示範城市,城市具備完整產業鏈。而年底即將啟用的氫能住宅,將以氫燃料電池發電,並提供社區暖氣與熱水。 氫能潛在商機大 直擊韓國示範城市–蔚山 氫能,不只淨零排放,也是一大商機,全球有超過30國發布氫能策略。高盛預估,2030年全球潛在商機約7.5兆台幣,2050年更是上看30兆。在全世界的氫能版圖中,不能忽視,後來居上的韓國。蔚山是韓國著名的工業城市,也是現代集團的所在地。歷經工業發展、核電廠爭議,蔚山現在有一個新的身分–氫能示範城市。 蔚山都市公社產業物流組組長宋敏永坦言,從大框架來看,有制度上的整備,還有法規等,為氫能產業打好基礎,政府在這方面扮演了重大角色。氫能目前仍屬於產業用途,還未達民間企業正式投資就能創造收益的結構。 2019年國土交通部招募氫能示範都市,隔年立氫能專法,2021年正式動工。短短3年的時間,氫能城市已見雛型。 宋敏永表示,蔚山基本上是以提煉石化而發展起來的,這過程中,從以前開始就產生很多的餘氫,很多工作領域都有在運用餘氫,有很多基礎設施,所以蔚山從很久前開始出現很多氫能相關事業,目前也都在好好推動。 蔚山工業城,具備發展氫能的先天條件。(圖/獨立特派員) 韓國氫能車銷售一馬當先 交通工具如何結合氫能? 韓國有超過230座加氫站,雖然數量還有待普及,不過這個數字,已經和整個歐洲差不多。根據車輛中心資料,去年全球氫能小客車的銷售數量,韓國占比超過六成,居世界領先地位,和第二名的美國存在相當大的差異。 在氫能的運輸發展中,大型載具,更適合以氫能作為動力來源。空中巴士成立氫能研發中心,預計2035年零碳排的客機就能商轉。 能源公司總經理陳致源分析,火車、輪船、飛機這些非常重型、耗電量或者耗能非常大的產業。暫時還沒有辦法用鋰電池替代,因為它要有足夠的能量的話,鋰電池的重量可能現在還沒有辦法能夠做到這麼的輕。 由法國公司打造的氫能火車,2022年在德國正式發車。 阿爾斯通公司總裁拉發吉認為,氫能完全改變我們看待火車,尤其是它將打開並鋪設一條路徑,讓柴油列車得以轉型成氫能列車。 加氫的時間,要比加油的時間長一點。(圖/獨立特派員) 三人團隊規劃氫能示範城 他們曾面臨哪些挑戰? 氫能住宅,是蔚山氫能示範城市的另一個亮點。 蔚山都市公社產業物流組組長宋敏永說明,地區暖房公社也在發掘新的事業,住宅需要供熱,就在最近處,透過發展使用氫能燃料電池發電站等清潔能源,減少熱耗損,輸送有效率,又有經濟效益,只要設置小小的燃料電池發電站,就能快速供應。 蔚山這裡的公共住宅,有4棟437戶,試行氫能發電與供應住宅的暖氣與熱水系統,預計今年底開始供應。如果成效好,將會擴大試行。氫燃料電池在發電的過程,會產生熱,剛好做為住宅的暖氣與熱水使用,這裡的水溫,可以高達攝氏75度。 韓國綜合技術公司電廠新成長部李邦周解釋,這個燃料電池站,生產出來的熱能,保管在這個儲存槽中,送往那個公寓,扮演供應溫水與熱水的角色。 很難想像,2021年開始動工的蔚山氫能示範城市,只由三名都市公社人員所規劃完成。 蔚山都市公社產業物流組組長宋敏永:「團隊本來只有3人,所以最初開始時,還在想說辦得到嗎?」並坦言,也沒地方可問,一開始做事滿困難的。做到現在,其他都市都把蔚山當作基準來取經。他認為作為替代能源,氫能產業會高度成長至世界各地,南韓政府補足相關源頭技術和制度,力圖在世界氫能相關領域中,成為最強的國家。 韓國政府不只大力補助氫能產業,並給予等同半導體的賦稅優惠。可以預見,全球競逐氫能的過程中,韓國將會占有一席之地。 (※婁雅君 鄭仲宏/採訪報導)
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為達成2050年淨零排放目標,氫能將為可能解方?
氫氣,被視為終極的潔淨能源,是達成碳中和以及淨零排放的重要選項。2023年,台灣的氫能元年,在經濟部頒布的氫能關鍵戰略行動計畫中,氫能的應用從今年開始。台灣在氫能的布局上,如何跟上各國的腳步,無法單靠產業之力,需要政策的支持並與國際合作,才能邁向淨零之路。 氫氣有何優勢? 台灣首部氫能巴士原型車亮相 經濟部頒布的氫能關鍵戰略行動計畫中,氫能載具運輸的示範驗證,從2023年啟動。台灣第一輛氫能巴士原型車,今年五月正式亮相,業者看好未來的發展前景。 新能源公司董事長鄭英豪認為,電動載具、大型載具有一些問題存在,它不是不好,而是有它的天花板。比如說它的重量太重,電池占的空間太大。第二,續航力不足,相較之下,加一次氫氣大概是15到30分鐘,可以續航450公里以上,這樣對營運業很方便。除此之外,它不需要建置額外的充電設施、饋線,也可以配合中油的加氫站。 新能源公司技術副總王健源則強調,因為氫氣瓶設置在車頂,所以以氫氣的物理性質,它會直接飄散於空中,不會擴散到整個車身。而氫氣瓶已經通過非常多的安全測試,它不那麼容易破裂。就算有強大的外力去撞擊而造成氫氣洩漏,也不會波及到車上的人身安全。 巴士的動力來源,來自上方的儲氫瓶,氫氣經由管線輸入燃料電池。 王健源分析氫能優勢在於,氫氣與空氣中的氧氣,經由電化學反應產生電力,是氫能電池的基本原理,而過程只產生水,是非常乾淨的能源。它有3萬小時的壽命,所以在整個12年的使用年限內是不需要再更換的。 與歐美日韓相較,業者認為台灣的氫能巴士,在價格上具競爭優勢,已經有其他國家洽談合作。 車輛的骨架以及整車控制器,都是台灣設計製造,不過最核心的燃料電池,必須從國外進口。(圖/獨立特派員) 2023台灣氫能元年 基礎設施尚待布建 因應2050淨零排放,國際上規劃將氫應用於發電、工業以及運輸三大領域,許多業者已經投入相關的布局。 氣體公司副總經理沈欣儒說明,全世界大概有八百多座加氫站,在過去這十幾年建造超過200座以上。業者希望透過低碳氫,引進大型運輸載具。再加上合資夥伴的加氫的技術去整合,推動運輸方面的應用。同時,也跟台電推動混氫燃燒。 根據氫的原料以及製程,會以顏色來區分它的排碳狀況。來自天然氣等化石燃料稱為灰氫;在製程中進行碳捕捉及封存,就是藍氫;而綠氫則是來自再生能源,幾乎沒有碳排,被視為最終的目標。 沈欣儒解釋,目前全世界大概90%的氫氣生產還是以化石燃料的方式來進行。但是他們跟其他人不一樣的部分是,回收這個製程裡面至少70%以上的二氧化碳。 台灣從今年開始到2030年屬於第一階段的氫能推動期程,分為氫能應用、供給,以及基礎設施。光是基礎設施的布建,至少要八到十年的時間。產業界聲聲催促,法規和政策得趕快跟上世界各國的腳步。 沈欣儒指出,台灣要建置加氫站,需要有示範場景來和社會溝通,特別是降低大家對安全性的疑慮。(圖/獨立特派員) 氫能發電不確定性高 淨零之路還有哪些挑戰? 經濟部預計2050年,氫能要達到9%到12%的發電量。台電興達電廠,耗資4.5億,預計在今年底測試天然氣混燒5%的氫氣發電,達到減碳效果。 台電發電處處長鄭天德說明,因為氫氣它沒有含碳,所以基本上二氧化碳會降下來。再來因為氫氣的熱值比天然氣還要低,所以熱效率應該會比較不好。對於二氧化碳的影響大概可以減到1.6%。 面對2050氫能發電要占比9%以上,對於相關設備以及氫氣的來源,台電表示,不確定性相當高。而海外液態氫的輸儲設備目前還處於發展初期,經濟部規劃要到2030年才會完成氫氣進口評估。再生能源的綠氫,也還是個未知數。台灣在前往下一站的氫能之路上,無法單靠產業之力,需要政策的支持並與國際合作,才有機會邁向淨零之路。 (※婁雅君 鄭凱文/採訪報導) 黃郁婷/編輯