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工研院發表「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」 目標載具、發電及工業應用

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科技產業資訊室 (iKnow) - 何思穎 發佈於 2022年7月19日
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圖、臺灣2050氫應用發展技術藍圖初步建議

至2022年,全球已有超過30個國家地區發布國家氫能策略,臺灣國發會宣告的2050年淨零排放路徑圖中,2050年臺灣電力來源,有9%到12%,要仰賴氫能。工研院今(27)日發表「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」,從「發電」、「載具」、「工業」三大氫能應用與氫氣供應面向,結合產業需求與技術發展,提出未來30年臺灣氫能應用技術的發展策略,協助產業掌握氫能商機,共同邁向零碳未來。

經濟部表示,氫能是臺灣邁向淨零排放路徑上的重要角色,因應未來臺灣氫應用發展,經濟部積極透過成立「氫能推動小組」,結合公部門與國營事業資源,共同合作規劃國內氫能發展政策及應用,並已規劃短期內投入經費於氫能應用、氫輸儲及國際合作前置準備等工作。

工研院院長劉文雄表示,本次發表的「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」,是延續政府發布之2050淨零排放路徑下,運用工研院內跨領域專家規劃內容涵蓋臺灣在未來三十年於氫氣供應、發電應用、工業應用、載具應用,及法規標準、基礎設施等氫應用發展等面向。

根據「臺灣2050氫應用發展技術藍圖」規畫,臺灣將以淨零為目標,發展混燒與專燒氫氣的燃氣發電方式,並逐步取代以往燃燒化石燃料的發電機組以降低碳排。
  • 在工業應用上,鋼鐵與石化產業則可利用氫氣治金、鋼化聯產及使用低碳氫以降低製程碳排,以及半導體製程所展生的大量餘氫亦可加以回收發電。
  • 在交通載具上,依照國發會淨零碳排路徑預估,臺灣2050新掛牌道路用車全電動化,預估2050全年達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。
工研院綠能與環境研究所副所長萬皓鵬表示,藍圖規劃中,建議可在臺灣西岸分別設立北、中、南三大氫應用園區,包括:搭配北部既有電廠改以混氫發電、中部離岸風電規劃綠氫生產,以及南部既有石化鋼鐵聚落的氫應用。

工研院現階段已投入研發多項跨領域的氫應用技術,包含氫氣的燃料電池系統、提供未來氫能車所使用的高安全儲氫瓶、運用在半導體產業的工業餘氫發電系統和未來利用太陽能、風力等再生能源電解水的產氫系統等。
 
工研院亦將持續與亞太氫能發展具領導地位的日本及澳洲交流請益,協助國內產業達成2050年淨零碳排。
 
【工研院氫應用重點技術】
  • 氫能車專用用儲氫瓶
工研院打造「載具用儲氫氣瓶」不只高安全,重量更減少60%以上 
看準未來氫能在能源需求的占比、於陸海空交通工具的應用、加氫站取代加油站、氫燃料電池等發展商機,相關投資方興未艾。氫氣為氣態燃料,須以高壓儲氫瓶盛載,才能安全地儲存與輸送,工研院透過纖維複合材料技術與自動化纏繞製程技術,成功開發高安全、輕量化、耐腐蝕儲氫瓶,已完成基於機械手臂的自動化纏繞製程系統,相較於傳統龍門型的纖維纏繞專用機,大幅降低建置成本,也更具小量多樣的生產彈性,目前已與德宏集團德宇複合材料合作。
 
材料範圍涵蓋高溫硬化至中低溫硬化、乾式纏繞或濕式纏繞等客製化材料技術及配套材料製程設備,搭配輕量化結構設計與力學分析,可協助複材高壓儲氫氣瓶產業國產化。
  • 未來氫能電動車必備
體積輕薄的「金屬板燃料電池電堆」為氫能車發電
為達成2050淨零碳排之目標,氫能發電亦成企業必須選項之一。工研院研發之高功率金屬雙極板電池組具有低成本、體積輕薄、高效率的特性,可作為交通載具或是利基產品使用,其隨時開關的特性加工研院獨有的低成本金屬雙極板設計、多層導電碳薄膜與電池模組化等專利技術,能有效提升電池功率密度與壽命,進而達到減碳效益。目前與捷克UJV、CAS以及臺灣6家廠商成立跨國金屬板電堆研發聯盟,共同開發電池、掌握關鍵自主技術,提升產業技術量能。
 
此技術可應用於交通載具、可攜式及備援電力市場,將有助於減少交通及能源部門之碳排。
  • 企業自給自足氫能發電
「定置型SOFC」燃料電池能利用工業餘氫發電 解決企業碳排熱點
SOFC (Solid Oxide Fuel Cell,固態氧化物燃料電池)以電化學反應將碳氫燃料能量轉換為電力輸出,具有發電效率高(>55%)、低汙染排放、低噪音之特點,系統適用天然氣、沼氣、工業副產氫及純氫等多元料源,為具潛力的氫能分散式電力技術。目前與亞氫動力、帆宣科技等廠商合作,打造本土化系統技術能量,建立燃料電池產業基礎。
  • 國內自產綠氫關鍵技術
「再生能源電解產氫系統」利用太陽光電、風電水中取氫
為有效調節再生電力與併網利用率,並邁向2050淨零碳排發展目標,電轉氣(Power to Gas)中的電解水產氫技術是目前各國發展之重點技術,透過綠電所產生氫氣可作為鋼鐵、石化業者之潔淨料源,不會有因天然氣重組反應製作氫氣所導致大量二氧化碳排放的問題。因此透過建立自主化膜電解水產氫系統設計與觸媒/膜材技術,以高效率、低成本、零污染技術生產氫氣與氧氣,提供便宜的綠氫,也可供應二氧化碳氫化轉反應的料源,可達到減碳之效益。能鋼鐵、石化業者之潔淨料源,極具市場發展潛力。
  • 氫氣結合碳捕獲
「低碳世代綠色甲醇生產技術」將二氧化碳與氫氣合成高值化學品
甲醇應用領域廣泛,2021年全世界產能1億噸,預估到2050增加到5億噸,最重要的是甲醇可轉化成化工產業基礎原料,所以由二氧化碳( CO2 )整合氫氣(H2),生產綠色甲醇取代化石資源是產業界拚零碳排不可或缺的關鍵技術。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,捕獲的二氧化碳直接與氫氣作用轉化成甲醇,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,若結合使用再生能源,可達到負碳排的效果。
  • 製程氫氣的循環經濟
高效濾氫純化模組可將工業製程餘氫純化再利用
能源轉型如何和現有產業結合,由工研院研究團隊研發出的高效濾氫純化模組,具有低成本、高效率的特性,能將半導體、石化等產業製程中的餘氫進行純化回收循環利用。高效濾氫純化模組透過低成本陶瓷金屬材料部份取代昂貴鈀金屬,除具備成本優勢外,透過篩分隔離與質傳過濾雙機制技術,體積只有一般市售純化器體的一半、能將製程所產生的約70%餘氫,純化回收至產線再利用或是供給燃料電池發電,目前已與國內尾氣設備處理廠合作,解決國內產業即將面臨的碳排痛點,打造臺灣綠色供應鏈。(2476字;圖1)


參考資料:
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。工研院,2022/6/27。


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