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台積製程也在用 全球瘋氫能,但台灣要「綠氫」還有得等

【2022亞洲經濟大預測】車、暖氣、台積電都需要它,全球氫能產業鏈成形中,未來能源大國可能不再看石油產地。

氫能-綠氫-能源轉型-天然氣-減碳 亞東工業氣體全球首座超純綠能製氫設備。圖片來源:黃明堂攝
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近兩年,美歐中日韓澳等工業國,以及全球石化、能源、汽車等跨國集團,都競相推出綠氫發展計劃。然而在台灣,沒有大車廠當出海口,發電廠也尚未混燒氫氣或氨氣,發展腳步恐怕快不起來。

但與全球供應鏈連結緊密的台灣,也沒在盛宴中缺席。2021年3月,在台南工業園區,亞東工業氣體(法國液空集團為主要投資者)揭幕全球首座超純綠能製氫設備,規劃以再生能源電解超純水產生氫氣,台積電等半導體大廠都是客戶。

只不過,這座氫氣廠的產品,要從產製過程會排碳的使用甲烷、石油等化石燃料製氫,過程會排碳,稱之為「灰氫」。是目前主流製程。,變成不排碳的使用太陽能或風電等再生能源產電,將水電解分為氫氣與氧氣,因產氫過程不排碳,被稱作「綠氫」。,還得再等等。

國際氫能委員會(Hydrogen Council)代表在剛落幕的COP26氣候峰會中強調, 由低碳能源生產的綠氫,在2050零排放情境下,可望貢獻多達20%的能源。

氫氣在全球受到關注,主要因為在不同領域,都有減碳潛力:

第一是工業。石化與鋼鐵生產過程,通常以煤炭或天然氣作為燃料達到高溫,光是鋼鐵業就佔了全球7%碳排量。因為氫氣熱值高於化石燃料,生產過程不排碳的綠氫,被視為替代煤炭的途徑。

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走得最快的是北歐最大鋼鐵公司SSAB,在2021年出貨第一批零排碳鋼材給瑞典車廠Volvo。SSAB技術長裴文國指出,他們的目標是在2026年建置一條年產135萬噸零碳鋼的產線,2045年要達到全部鋼材零碳。

台積電半導體製程,則是因為EUV反光鏡製程過程中對清潔的超高要求,而需要氫氣協助。

第二是交通。從航空、海運到車輛運輸,全球巨頭都在研究以氫能取代燃油。例如地中海航運(MSC)就加入推動氫衍生燃料貨輪開發。空中巴士也已發表三款氫燃料飛機,預計2035年正式推出。

目前最「落地」的還是氫能車。韓國現代是氫能卡車翹楚,預計2030年起大規模出口氫能卡車給歐洲、美國和中國。現代汽車2018年發布的氫燃料電池車 Nexo,2020年在全球氫能車市佔率近七成。

日本豐田急起直追,最新版Mirai氫燃料電池車款,續航力達850公里,且只要10分鐘就能加滿氣,更預計在2023 年前在美國建立氫燃料電池模組產線。

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第三是儲能。以氫氣作為動力的燃料電池,產電過程不排碳,只排水。目前全球寄望以再生能源電解產氫儲存,再搭配燃料電池使用,以彌補間歇性的再生能源。

現代汽車證券一位分析師就說,「如果氫能經濟完全實現,全球能源霸權將從油氣生產國,交棒至再生能源高潛能國。天然資源短缺的國家,例如韓國,就能變身能源輸出國。」

歐盟在2024年前,要設立至少6GW的再生氫能水電解廠,打造100萬氫能。逐步幫忙氫能達到成本效益,能與化石能源競爭。

2022年,氫能全球趨勢將有以下幾個:

第一,綠氫產業鏈逐漸成形,有完整上下游的工業國腳步較快。法國液空集團亞太能源轉型暨氫能事業處協理鄒宏楷說,在德國北部、法國諾曼第等地,目前正在建置GW等級的綠電製氫產業鏈。

日本與韓國因為有大車廠做出海口,氫能腳步發展較快。鄒宏楷就說,韓國仁川機場已開始使用氫能接駁巴士,日本也積極發展氫能社區。

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而且,韓國正在彎道超車日本。專做高壓氣瓶的益材科技總經理翁冠群觀察,雖然日本在氫能領域走得早,但豐田也開始做電池車,不再獨鍾氫能車,韓國反而有政府大力支持走得更快。韓國碳纖維大廠曉星集團宣告,2030年產能將擴充十倍,就是因為氫能車氣瓶需求擴增,而碳纖維正是氫氣瓶關鍵材料。

翁冠群坦言,推展氫能最大挑戰在於加氫站布建,他觀察,儘管德國、中國都很積極,但跟加油站比起來,加氫站數量還是太少。

第二,氫氣在發電與供暖的角色,愈來愈吃重。為了逐步達到2050零碳目標,歐美的天然氣電廠正積極研究混燒綠氫。例如美國GE就指出天然氣渦輪發電機混合使用50%氫氣,可降低兩成碳排放,歐洲工業巨擘西門子與日本三菱重工,都計劃在2030年前推出可100%燃氫的發電機。

此外,蘇格蘭將開全球之先,開始試驗以現有天然氣管線提供再生能源產製的氫氣,預計2022年底起,300個用戶家庭可以用綠氫取暖和做飯,完全取代瓦斯。

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不過在綠氫普及前,綠氨將扮演發電減碳的過渡角色。俗稱為阿摩尼亞的氨氣,具有與化石燃料相似的儲存和運輸特性,製造成本只有氫的四分之一,運輸也相對容易,相較於液態氫需要維持在攝氏負200度,液態氨只要攝氏負33度。更重要的是,氨氣目前已有工業規模的生產、儲存和運輸體系。

日本最大電力公司JERA能源,正在研擬把氨氣跟燃煤混燒,協助煤電廠減碳,目標是於2035年前讓JERA所有煤電廠混燒至少20%氨燃料。

為此,日本三井物産已在澳洲投資1000億日圓生產燃料氨,最快將於2028年,每年向日本出口100萬噸燃料氨。

第三,以化石燃料產氫,雖然過程仍排碳,但搭配CCUS技術將二氧化碳封存或再利用。腳步將快過綠氫。台灣三井物產副總蘇炫旭指出,相較於不排碳的綠氫,排碳再利用的藍氫成本較有競爭力。灰氫每公斤產製成本約1美元,藍氫因要外加碳捕捉與封存成本,每公斤約1.5美元,僅是綠氫的四成到四分之一。而這還是在再生能源供應充足的情況之下。

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回到台南的亞東工業氣體綠氫廠,因為目前還買不到綠電,目前產出的氫仍是「灰氫」。這也指出了台灣目前的困境:再生能源供給少,一釋出就馬上被半導體製造業買走,要有餘電拿來電解製氫,恐怕還有得等,得先等再生能源供應充足,才可能考慮大規模產出綠氫。

在台灣,目前氫氣應用場景有限,在沒有大車廠當出海口,發電廠也尚未研究混燒氫氣時,僅少數半導體業有需求。因此,當全球工業國瘋氫能,台灣在氫能產業發展相對受限。  (責任編輯:曹凱婷)

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