循環經濟 Circular Economy
The Habitat Journal
更新於 2023/10/26閱讀時間約 11 分鐘

從美國新創Electric Hydrogen帶你了解氫能源

撰寫者：The Habitat Journal 永續期刊團隊

氫能源簡介與比較

  • 大眾認知
隨著環保意識的抬頭，各國開始大力倡導綠色能源的開發，主要發展國家紛紛提出相關的減碳政策與相關發展技術。在這樣的背景下，讓人首先聯想到的就是經化學反應後只會產生水而不排放二氧化碳的「氫能源」。氫氣能以固態、氣態、液態的氫化物呈現，可以因需求的不同來改變其儲存方式，這些特色都是一般大眾對氫最開始的認識，本文將探究氫的所有種類，並且舉出相關實例，來擴展各位對氫能源的認識。
  • 基礎知識
氫為分子最小的元素，多與其他分子結合(例如與氧結合為水)而非獨自在大氣中以自然形態存在，故被歸類為二次能源，意即需要經過加工轉換以後才能得到的能源，也因為在燃燒或化學反應的過程中，不會排放任何汙染物，因此被稱作「完美能源」或「未來能源」。此外，由於其製造方式與原材料的不同，製程中的含碳量也會有所差異。
以下表格為大家統整氫氣分類及相關技術¹:
圖一、氫氣分類及其優缺點
圖一、氫氣分類及其優缺點
  • 實際用途
氫氣生成過程排放較低程度汙染之特色，使其可應用的範圍非常廣泛，不僅可用於發電，還可以利用合成氣體、燃料或產製工業原料，作為驅動運輸交通工具的能源²，因此氫能近來成為備受矚目的綠色能源之一。雖然綠氫帶來的環保綠能效益非常吸引人，但在發展方面也因金錢等成本問題而受到發展的阻礙：
經濟效益與轉換效率不成正比
各國家強調應使用更具環保的能源，並且希望綠氫能替代目前使用的灰氫，然而生產綠氫相較於生產灰氫的成本高上許多，且由綠氫所生產出的數量及可用性都較低，所以綠色氫氣在成本競爭上並不具備優勢³。
氫氣的儲存與運輸成本高
在運輸氫氣的過程中，無論以任何形式都必須經過加壓，這些都是非常耗能的行為且器材容易產生「氫脆」之現象，這樣成本的上升降低了其市場競爭力⁴。

EH2 公司個案

在了解各種氫能源之後，讓我們回到這篇的主角–美國新創公司Electric Hydrogen。
  • 關於Electric Hydrogen
Electric Hydrogen (以下稱EH2) 是一家正在開發新一代電解氫能技術的公司，該企業致力於為工業、基礎設施、貨運等領域打造低成本、高效、不採用化石燃料的氫能解決方案。
根據美國國家環境保護局數據指出: 重工業排放佔美國「2021 年溫室氣體排放量的 23% 」⁵。 考量到多數工業設施難以直接透過電氣化達到減碳的目的，EH2認為透過新技術降低綠氫的成本來消除工業二氧化碳的排放是最佳的解決方案。
  • Electric Hydrogen 融資現況
目前Electric Hydrogen擁有 15 位主要投資者，其中包括漢威聯合(Honeywell)、亞馬遜(Amazon)和突破能源基金投資公司(Breakthrough Energy Ventures, BEV)。
Electric Hydrogen截自2022 年 6 月 22 日結束 B 輪融資後，融資總金額高達 2.22 億美元⁶。
通常B輪融資發生在新創企業找到自身定位後，需要融資以進行擴張時，在此階段中融資金額落在700萬美元到1000萬美元間⁷，所以Electric Hydrogen的融資金額相當可觀！
  • 突破能源基金投資公司(Breakthrough Energy Ventures)
你或許會想，突破能源基金投資公司(BEV)是做什麼的?
它其實來頭不小，是由比爾蓋茲(Bill Gates) 於 2015 年創立的，背後的金主更包含馬雲、臉書創辦人馬克·祖克柏(Mark Zuckerberg)等人。BEV創立的宗旨是希望透過資金導入加速再生能源和相關技術的創新來減少溫室氣體排放。該組織的主要投資項目包含核融合技術、再生能源儲存系統以及氫能源。
  • Electric Hydrogen獨家技術與應用
目前電解的獨家技術有鹼性電解、質子交換膜電解兩者，且固體氧化物電解已進入驗證階段⁸。
EH2考量到新技術的研發與驗證所需的時間，以及目前能源產業的趨勢與政策，選擇採用已成熟的質子交換膜電解技術。EH2認為這樣的選擇能在接下來的五年內為公司製造足夠的發展空間⁹。
目前質子交換膜電解技術主要的問題在於電解槽需要龐大的工廠空間來運行，且廠內管線、全熱交換器、電力轉換等設施的維護費用非常昂貴。Electric Hydrogen希望透過小型的工廠空間來最大化電解水產氫的效率，以降低成本。因此，它們透過電解設施元件的重新設計與模組化來達到以下目標：
  1. 　　整體電解效率的提升
  2. 　　設施建造成本的降低
  3. 　　公司技術的商品化
  4. 　　滿足工廠的客製化需求
總結來說，EH2由大環境下的短期趨勢分析做出策略決策，並且針對現有技術做出效率提升與商品化來為自身產品與服務打造競爭優勢。

現況與未來趨勢

  • 氫能源政策與法規
觀察其他國家的能源政策，美國能源部(DOE)於2002年即開始製訂國家氫能源發展藍圖，並在2005年快速發展氫能源技術，2017年開始對氫能源發展態度從原本舊政府的爭端，轉向支持，並讓各州獨立發展氫能源技術，DOE從旁協助發展。2022年8月隨著環保意識興起，拜登政府通過降低通膨法，對綠色能源補助高達4300億美元，其中電動車(EV)將繼續獲得稅收抵免、零排放稅收也獲得抵免，細項範圍擴及到生產風能、生質物能、氫能和太陽能發電¹⁰。
對比台灣，由於在氫能源設備的建置仍相對缺乏，且加氫站也還沒有法規存在。目前只能隨著民間企業的投資與設施建構完成後，再透過政策與法律進行補助及規範了。
  • 國際投資概況
整體市場對於氫能投資有成長之趨勢，前段所提到的「突破能源風險投資基金」除了投資EH2，也與韓國現代汽車等財團在今年三月為以色列綠氫新創企業H2 Pro完成了2200萬美元的投資。
以下為目前重要的綠氫投資國家及相關數據:
1.德國: 鋼鐵產業佔全球7%的碳排量，而綠氫被視為可以代替煤炭，又可以穩定大量供應綠電的鋼鐵。因此歐洲鋼鐵巨頭薩爾斯吉特，在去年引進綠氫生產術以應對減碳壓力， 目標2050年實現集團95%減碳¹¹。
2.澳洲:做為煤炭出口大國，澳洲為了保住經濟命脈，2019年公布國家氫能戰略，目標在2030年轉型為再生能源出口大國。因為規模化的風能及太陽能發電，使得成本在過去10年下降7到8成，幫助氫燃料成本下降6成，預估到2030年就具備成本競爭力，成為最有機會大量出口綠氫的國家¹²。
  • 台灣企業實例、瓶頸
1. 實例
  • 氫能車，全台首輛自製氫能巴士上路
2022年四月，工業電腦大廠研華與彩碤新能源聯手，打造全台輛自製氫能巴士，因為氫能車因為沒有電池，比電動車輕，行駛距離可望更長；且由於加氣相比電動車充電快速很多，也更省時間。
  • 台電主導混氫發電
目前台灣電力公司規劃將以混燒或專燒氫氣的燃氣發電來取代燃燒化石燃料的發電機組，並與西門子能源公司合作安裝用於社區發電之小型機組來進行測試¹³。
2. 發展瓶頸
首先由於台灣本身並沒有生產氫氣因此必須從國外進口，但氫氣的儲存跟運送的難度很高。其次氫氣會腐蝕許多材料，所以需要定期更換。最後也需要克服大家對氫氣在液化運送時產生的疑慮。
參考文獻:
¹"全球氫氣生產方式的發展與趨勢." 。26 5月. 2021, ＜https://www.moea.gov.tw/MNS/doit/industrytech/IndustryTech.aspx?menu_id=13545&it_id=364＞
²"一文搞懂氫能！綠氫、藍氫、灰氫有何差異？ | 何晨瑋 - ESG遠見." 。15 12月. 2022, ＜https://esg.gvm.com.tw/article/18992＞
³"綠色經濟- 新聞與活動- 經濟部國際合作處." 。24 11月. 2020, ＜https://www.moea.gov.tw/MNS/ietc/bulletin/Bulletin.aspx?kind=51&html=1&menu_id=33594&bull_id=8039＞
⁴"氫能這麼好，為什麼現在才開始用？一文帶你了解--科普中國." 。29 7月. 2022, ＜http://kpzg.people.com.cn/BIG5/n1/2022/0729/c404214-32489145.html＞
⁵"Sources of Greenhouse Gas Emissions | US EPA." 。＜https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions＞
⁶"Electric Hydrogen - Crunchbase Company Profile & Funding." 。＜https://www.crunchbase.com/organization/electric-hydrogen-co＞
⁷"Series A, B, C, D, and E Funding: How It Works | Startups.com." 。＜https://www.startups.com/library/expert-advice/series-funding-a-b-c-d-e＞
⁸"再生能源電解產氫之技術發展狀況." 。30 6月. 2022, ＜https://www.re.org.tw/knowledge/more.aspx?cid=201&id=4654＞
⁹"What's the deal with electrolyzers? - by David Roberts - Volts." 。1 2月. 2023, ＜https://www.volts.wtf/p/whats-the-deal-with-electrolyzers＞
¹⁰"《國際趨勢篇》 綠能趨勢轉向氫經濟成顯學全球瞄準兆元商機." 。28 12月. 2022, ＜https://www.trademag.org.tw/page/itemsd/?id=7873730&no=21＞
¹¹"氫能股大熱！鋼鐵、半導體都需要它，「綠氫」是什麼？." 。＜https://www.thfcp.org.tw/xcindustry/cont?xsmsid=0L265415022626956988&qcat=0L265422226276623429&sid=0M066502497858503814＞
¹²"氫能股大熱！鋼鐵、半導體都需要它，「綠氫」是什麼？." 。＜https://www.thfcp.org.tw/xcindustry/cont?xsmsid=0L265415022626956988&qcat=0L265422226276623429&sid=0M066502497858503814＞
¹³"終極的潔淨能源就是它！全球氫能熱，中油、台電帶頭衝 - ESG遠見." 。2 1月. 2023, ＜https://esg.gvm.com.tw/article/20189＞

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