全球氣候變遷下氫能的復甦
2025.05.08
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壹、前言
法國巴黎市的街道，當氫能巴士優雅地從人們身邊經過，似乎已經嗅到燃料電池時代的來臨。[1]《聯合新聞網》報導新能源車「氫」裝上路，主要的理由在於純電車（主要是鋰電池電動車）充電需要1到8小時，續航力可達600公里，而氫能車充電僅需3到10分，充完電可行駛600到800公里，[2]兩者之間最大的差異在於前者是「能量儲存裝置+能量轉換裝置」，而後者僅是「能量轉換裝置」，因此挾著「充電快速、無汙染、低噪音與行駛距離遠」之特色，似乎成為燃料電池重返動力能源舞台的契機。
不過，燃料電池並非全新科技，其歷史可追溯回1839年。英國人威廉•葛羅夫是一位律師兼物理學家，他在當時研究氣體的電池裝置。他利用燒杯左側試管注入氧氣，右側試管注入氫氣（此處氫氣的來源是將水電解產生氫氣與氧氣），兩者分別浸泡在稀硫酸電解質中。試管中央放置電極與觸媒功能的鉑箔，產生化學反應後，約可以得到0.5至0.6伏特電壓，並透過串聯的方式，使其裝置可以產生約1.7伏特電壓。然而，當時電極材料的問題，造成發電量太小，因此不被人們所重視。[3]1969年阿波羅11號登陸月球，在考量一般燃油發電機約30-40%能源轉換率，而燃料電池可以產生60-80%能源轉換率，在評估載具要重返地球的空間有限，因此採用燃料電池。[4]然而燃料電池從太空回到地面，其鹼性電解液會與空氣中二氧化碳反應，造成濃度降低而喪失其功能，因此又沉寂一陣子。直到上世紀70年代石油危機與80年代環保意識抬頭，此時藉由燃料電池逐漸革新，也見到它重返動力能源舞台的曙光。
貳、安全意涵
一、燃料電池可以作為電力的備援方案
面對中共軍演的常態化，國內加強全社會防衛韌性已經是政府既定的政策，此其中電力能源又是各項關鍵基礎設施最為核心的關鍵。正因為如此，每逢中共軍演常會發生液化天然氣載運船無法進港的錯誤訊息。[5]因此如何增加電力備援方案，燃料電池無異是一種值得思考的電力備援設備。
燃料電池比一般鉛酸電池或鋰電池使用更久。前言有提到燃料電池僅是能量轉換的裝置，而一般電池為同時具有能量轉換與能量儲存的裝置，其能量儲存在電池內部的電解液中，當電解液中活性物質濃度隨電力的供應而逐漸降低，使用完畢則無法供電，[6]而燃料電池是藉由輸入的氫氣與氧氣在電解質中進行化學能產生電能，並生成水（如圖1）。因此，燃料電池可以獨立運轉提供電力，例如：日本東海地區西島醫院（Nishijima Hospital）位處地震帶，該醫院採用液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas, LPG）為燃料的磷酸燃料電池電廠，當醫院遭遇災害便可以使用200瓩磷酸燃料電池，就地支援包含（一）飲用水裝置；（二）通信照明設備；（三）殺菌劑製造；（四）淋浴等功能，[7]因此燃料電池在電力備援的運作上其實已經具有實際例子。
圖1、燃料電池運作示意圖
資料來源：https://itisablueday.blogspot.com/2012/10/blog-post_8453.html。
二、燃料電池相關技術精進以提升其安全
輸入燃料電池負極的氫氣是氣態燃料，氫氣是一種無色、無味、無臭且無毒的氣體，極易燃燒，當與空氣混合時，燃燒範圍又相當廣泛，從濃度4%到75%皆可點燃，點火能量低（0.02mJ），加上火焰是透明無法識別，因此這些特性都使得氫氣在應用上需要特別謹慎的處理，包含加裝自動洩漏檢測系統、火焰探測器與高壓儲存技術。[8]
為了確保氫氣可以安全地使用，必須藉由高壓儲氫瓶盛載。針對運輸載具的應用需求，我國已經成功地開發出纖維複合材料的技術與自動化纏繞的製程，生產出安全性高、輕量化、耐腐蝕的儲氫瓶，以滿足各式運輸載具輕量化結構的設計。[9]學術界也研發出可以抗氫滲透的不氫脆不鏽鋼416B，簡稱「不氫鋼」，可以用於儲氫，或做各式的耐氫閥件、扣件等，「幾乎可以完美應用在氫能發展上」。[10]甚至已經有業者生產出「甲醇燃料電池發電系統」，[11]如此在安全性、輕量化的考量下，將可以使運輸載具行駛更遠的距離以及各種備援電力系統設施的運作。
除了儲氫瓶的結構力求安全、質輕以供運輸載具使用，另外考慮低成本、體積輕薄、高效率的金屬雙極板電池組亦是運輸載具使用考慮因素。[12]電池組可同時藉由再生能源（包含太陽能與風能）產生氫氣。根據聯合國永續能源的定義，再生能源就是可自然生成的能源，且補充速度高於其消耗速度，包含太陽能、風力、生質能、地熱、水力等。透過太陽能與風能所產生氫氣作為燃料電池輸入的來源，充份的結合不同能源，除了製氫的過程中會產生CO2、其餘NOX（氮氧化物）以及SOX（硫氧化物）均不會產生，同時不會產生臭味與黑煙，以加速環保需求。
參、趨勢研判
一、燃料電池將會逐步應用在各項產業
氫能車具備快速充電、續航力長、高載重等優勢，可望成為運輸淨零的關鍵。從巴士到機車再到無人機，燃料電池多元的應用已經逐漸成形。[13]由於中大型商務車輛（含巴士與卡車）約占全球新車銷售的15至20%，卻達碳排量的40至50%，所以許多國家都將商用車視為優先禁止銷售的燃油車。至於燃料電池的機車在每公里碳排放上也具有其優異的數據，其排放約為7克，遠低於燃油機車的50克，也低於鋰電池電動機車的19.7克，且行駛每公里價格不到0.2元，兼具環保與成本優勢。進一步到無人機，我國的研究團隊目前已經成功開發最大起飛重量25公斤無人機（如圖2），創下載重5公斤、飛行3小時的長航時紀錄。[14]未來在農業、物流、工程以及救災等領域，燃料電池的應用潛力無窮，預期將逐步拓展至各項產業。
圖2、氫燃料電池無人機
資料來源：《工研院》。
無獨有偶，美國空軍在夏威夷希卡姆空軍基地正在測試一項HyTEC氫能源技術以提升部隊在資源有限、惡劣環境的作戰與後勤補給能力。[15]（作者上Air & Space Forces 網站中發現本文的標題應該是誤植，原文是H2，中文標示為H2O；另外本文中測試人員的照片，作者上NovaSpark Energy網站，發覺同時美國海軍陸戰隊在夏威夷海軍陸戰隊基地 （MCBH）和海軍陸戰隊航空站（MCAS）做測試與評估，所以同時美國空軍與美國海軍陸戰隊應該都有從事氫燃料電池相關的計畫）該實驗當中，只要採用風能與太陽能電解水便可以製造氫氣，壓縮後的氫氣透過燃料電池轉化為電能，剩餘的水可以提供飲用。由於該裝置不大如圖3，可以藉由空投、聯合輕型戰術輪車（JLTV）運輸，快速的安裝（時間約30分鐘），同時具有快速部署與靈活移動的能力，同時又可以輸出4瓩的電力，提供衛星終端或其他通訊和資訊設備電力，[16]如此運用可以成為戰地分散式電力備援的系統。
圖3、HyTEC氫能源裝置
資料來源：NovaSpark Energy。
二、燃料電池將導致社會基礎結構重整
台灣地小人稠，隨處可見的加油站似乎早已飽和，加上鋰電池的充電站，如何再協調出加氫站，加上安全法規與技術門檻限制，如此在氫能載具的關鍵設施缺乏條件下，自然會限縮公司投資產品（氫能轎車、氫能無人機、氫能巴士）與消費者購買的意願。
以電動車為例，「充電樁」加速建置乃是推動消費者購買電動車的意願，讓車主里程焦慮成為過去式，不要因為充電問題，成為購買電動車的阻礙。例如台北市交通局推動綠色運輸，為了方便私人電動載具使用，利用公有停車空間優先布建電動車充電樁，目標今年底完成1,600座充電樁。[17]由於充電樁的遍布，方使得電動小客車登記數為99,980輛（交通部統計至今年（2025）2月底），較去年2月底增加39,493輛，年增65%。[18]因此，包含氫氣價格與加氫站建置，如何在安全法規與技術門檻上克服，使基礎設施直接能夠協助氫能載具市場擴張；另外電動車的基礎設施已經日趨規模，此時燃料電池載具要具備什麼優勢與電動車競爭，如何增加消費者和廠商的信心？
目前臺灣小客車、貨車與市區巴士皆有現行的電動車運作模式，氫能車若要再加入，門檻較高。專家建議從長途、高排放、高耗能車輛等因素來切入，同時適度調整基礎設施的限制；讓國內產業可從燃料電池組件、三電系統（電驅、電池、電控系統）、儲氫系統等關鍵零組件著手，逐步研發切入國內外市場，以及融入全球氫能載具供應鏈，為邁向淨零排放而努力。[19]
[1] 陳宗儀，〈法國各城市相繼採購氫能巴士〉，《經濟部國際貿易署》，2025年4月1日，https://www.trade.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeID=45&pid=748730&areaID=4&infotype=1&country=5rOV5ZyL。
[2] 凃心怡、王珮華，〈新能源車「氫」裝上路〉，《聯合新聞網》，2025年4月15日，https://udn.com/news/story/6905/8673699。
[3] 黃鎮江，《綠色能源》（新北市：全華圖書有限公司，2008年），頁1-2；許寧逸、顏溪成，〈燃料電池：由碳能朝向氫能的燃料電池〉，《科技大觀園》，1992年7月9日，https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=926e2645-1740-42dc-ab85-f56558089f8e。
[4]同註3。
[5] 賀增原，〈軍演下液化天然氣載運船真實航跡圖〉，《國防安全即時評析》，第734期，2025年4月2日，https://indsr.org.tw/focus?uid=11&pid=2810&typeid=26。
[6]同註3。
[7]同註3。
[8]鄧如娟，〈氫氣的安全性：氫會爆炸嗎？深入探討與科學解釋〉，《生活改善專家》，2025年1月25日，https://fymission.cc/氫氣的安全性：氫會爆炸嗎？深入探討與科學解釋/。
[9] 〈工研院發表臺灣2050氫應用發展技術藍圖 攜手產業打造氫能新經濟 啟動潔淨能源時代〉，《工業技術研究院》，2022年6月27日，https://www.itri.org.tw/ListStyle.aspx?DisplayStyle=01_content&SiteID=1&MmmID=1036276263153520257&MGID=111062716284551341。
[10] 李琦瑋，〈氫能發展里程碑！成大首創「不氫鋼」可儲氫、做耐氫閥件〉，《科技島》， 2025年2月14日，https://www.technice.com.tw/technology/energy/164482/。
[11] 〈氫能燃料電池發電-甲醇燃料電池發電系統〉，KAORI（高力熱處理工業股份有限公司），檢索日期：2025年4月28日，https://www.kaori.com.tw/tw/modules/hydrogen/fuelcell。
[12]同註9。
[13] Sherlock，〈從巴士到機車再到無人機，氫燃料電池多元應用成形〉，INSIDE，創科技，2025年4月3日，https://www.inside.com.tw/article/38038-from-buses-to-motorcycles-to-drones-hydrogen-fuel-cell-applications-take-shape。
[14] 鄧如娟，〈氫氣的安全性：氫會爆炸嗎？深入探討與科學解釋〉，《生活改善專家》，2025年1月25日，https://fymission.cc/氫氣的安全性：氫會爆炸嗎？深入探討與科學解釋/。
[15]吳哲宇，〈美空軍實驗行動氫能發電機 只靠H2O實現敏捷部署〉，《自由時報》，2025年4月17日，https://def.ltn.com.tw/article/breakingnews/5014617。
[16]同註15。
[17] 邱書昱，〈免會員隨插即充 北市公有停車場充電樁居全國之冠〉，《聯合新聞網》，2025年4月22日，https://udn.com/news/story/7323/8690729。
[18]林于蘅，〈全國公共充電樁10,838槍 交通部：整體車樁比為9.2優於歐盟〉，《工商時報》，2025年3月25日，https://www.ctee.com.tw/news/20250325701340-430104。
[19]同註14。