转贴；氫能？別鬧了!

心心相译

氫能？蔡政府別鬧了

本篇刊登於中國時報:
http://opinion.chinatimes.com/20170101003593-262105


上週財訊雜誌刊登了一則〝獨家內幕〞：「蔡英文秘密推動台日氫能合作開發」
文中指出蔡英文在十月中，秘令立委趙天麟前往日本，為「台日氫能合作」進行前置準備。個人讀畢該文後真是嘆為觀止。

話說從頭，2016年3月5日蔡英文參加了在高雄舉辦的「氫能城市論壇」。日方來了四位講者，大力宣揚氫能。能源外行人聽後，不免會以為氫能是海外仙丹，是新生科技。殊不知以氫為燃料的燃料電池在1838年已發明，並不是什麼新科技。

燃料電池在今日重為世人所重視，是因為以氫氣及氧氣為燃料的化學反應可產生無碳電力驅動馬達，帶動汽車，或可取代目前燃燒汽油有大量碳排的內燃機式汽車。氫氣車是否能與電動車競爭並不樂觀。但氫能源對減碳的貢獻主要在交通領域殆無疑問，世界各國無人將氫能源作為重要電力減碳的手段。聯合國IPCC報告中，發電端的減碳手段只強調了三種：核能，火電的碳捕捉（CCS）及再生能源，根本未將氫能作為電力減碳選項。

但蔡政府獨具慧眼，認為氫能是解決台灣發電困境的利器。蔡英文在高雄氫能論壇開幕致辭說：〝為了實踐「非核家園」，必須推動氫能，推動氫能是台灣能源轉型的戰略計劃〞。

當天論壇講者之一為日本電源開發株式會社前社長中垣喜彥，在其講演中有張投影片明列日本2030年電力配比目標。其中只有火力、核能及再生能源發電配比，氫能發電佔比為〝零〞。日本人很清楚，發展氫能是為了交通減碳而不是為了電力減碳。蔡英文誤會可大了。

中垣社長在演說中也說明該公司正在竹原，鹿島，高砂及西之沖山四廠址興建及規劃六部大型燃煤機組。日本人十分務實，深知電力還是得依賴恢復核電及興建煤電，對照今日蔡政府只知大力推動再生能源，真是高下立判。日本樂得有台灣這個小跟班，但如果了解蔡政府的氫能思維，必然會感到匪夷所思

蔡政府並進一步規劃將台灣建設成為〝氫燃料需出國〞，作為促進經濟活化的〝王牌〞。蔡政府的雄圖大計是以太陽能電解製氫外銷日本。自然界沒有氫礦，氫氣是種工業產品。目前全球主要是以天然氣及石油為原料，以蒸氣甲烷重組（SMR）製氫。電解製氫成本太高，很少人採用。要特別注意的是國外以價格低廉的煤電電解製氫都無法與以化學製氫競爭，今日蔡政府規畫以發電成本高於煤電3倍的太陽能電力電解製氫，之後還要花大成本將其降溫至-253C製成液態氫輸日，對成本到底有無基本概念，另人懷疑。

蔡政府今日能源政策荒腔走板最大原因在於其能源幕僚毫無實務經驗，太過天真，大力推動氫能即為顯例。可悲的是台灣就在這種盲人騎瞎馬的情勢下，步步逼進萬丈深淵。

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氢动力汽车
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氢动力汽车分为两种，氢内燃汽车(HICEV)是以内燃机燃烧氢气（通常透过分解甲烷或电解水取得）及空气中的氧产生动力，推动的汽车。而氢燃料电池汽车(Fuel cell vehicle-FCEV)是使氢或含氢物质及空气中的氧通过燃料电池以产生电力，再以电力推动电动机，由电动机推动车辆。这类车辆的发电厂把氢的化学能转换为机械能，或者是通过燃烧的内燃机中的氢，或通过在燃料电池中的氧与氢反应来运行电动机。广泛使用氢助长交通是在提议中的氢经济的一个关键因素。[1]

使用氢为能源的最大好处是它能跟空气中的氧，产生水蒸气排出，有效减少了其他燃油的汽车造成的空气污染问题。

HICEV一般内燃机为基础改良而成，要实现并不困难，困难之处在于如何降低成本及达至安全，以及安全地解决氢气供应、储存的问题后才可以推出市场。

高速车辆、巴士、潜水艇和火箭已经在不同形式使用氢。

氢燃料电池动力
1960年代后期，Roger E. Billings制造了燃料电池的原型。

三个发展障碍

马自达RX-8转子引擎氢能两用车
在燃料电池氢汽车的发展主要有三个障碍。

首先，氢的密度很低，就算燃料以液态形式储存在低温瓶或压缩气体瓶，在那些空间能够储存的能量十分有限，而氢汽车比起其他汽车就十分受限。而氢气也不应该大量外溢到大气层中，不然可能会破坏臭氧层。有些研究已经用特别结晶体来储存氢在较高密度的环境中，而且更安全。

另外一种方法是不储存氢分子，而使用氢重组器来从传统燃料如甲烷、汽油和乙醇，提取氢。很多环保分子对此想法不感兴趣，因为它依赖了化石燃料。可是，这是有效的重组程序，而且避免了储存及运送氢的难题。使用重组过的汽油或乙醇来推动燃料电池，不但几乎无空气污染问题，能量转换效率也比内燃机高（可有效减少二氧化碳排放）。

其次，制造在氢汽车提供电力可靠燃料电池，耗资颇高。科学家努力研究令燃料电池的成本尽量便宜，同时又有足够硬度以抵受撞击和震动这些汽车的基本问题。燃料电池的设计大都脆弱，故不能在那些情况下保存。加上很多设计都需要稀有物如铂作为催化剂，令工作更顺畅，而催化剂可能污染氢的纯净度，不利氢的提供。

第三个问题是氢可作为能量的携带者而非能源。它必须从化石燃料或其他能源提取，因此引起能量的流失（因为从其他能源到氢又回到能量的转换并非百分百有效）。

过去常被讨论的方案是发展新的核反应堆，提供高温及电能，电解高温水蒸气的效率较高；但是新的核反应堆必许满足“无核废料问题”及“不维持就停止反应”的基本条件，而且目前核电已经缺乏经济效应。

加拿大 Solar Hydrogen Energy Corporation 公司于 2004年展示直接从太阳和水，透过金属的催化剂，产生了氢的方法。这或能使从太阳能转成氢有一个便宜、直接、清洁的途径。

氢内燃机动力
氢内燃车和氢燃料电池车不同。氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸气排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽。载满氢气的油缸只能行驶数英里，很快便没能量。另一方面，各色各样的方法正在研究以减少耗用的空间，例如用液态氢或氢化物。

1807年Isaac de Rivas制造了首辆氢内燃车。可惜该设计甚不成功。宝马的氢内燃车有更多的力量，比氢燃料电池车更快。宝马的氢汽车以三百公里每小时创下了氢汽车的最高速记录。马自达已在开发烧氢的转子引擎。该转子引擎反复转动，故氢从开口在引擎内的不同部分燃烧，减少突然爆炸这个氢燃料活塞引擎的问题。

其他重要汽车生产商如通用汽车和DaimlerChrysler公司，投资在较慢较弱但较有效的氢燃料电池。

产业发展
多间公司都有研发氢气车，资金有来自私人及政府，但福特汽车已经放弃，并将资源投放于纯电动车上[2]；雷诺-日产汽车在2009年宣布停止研发氢气车[3]；通用汽车公司在2009年10月宣布减少在氢气车的研发，原因是认为氢气车距实用化还有相当距离[4]。 2009年，日产在日本发起新FCV计划，之后在10月，日产、福特汽车、通用汽车、现代集团、丰田、戴姆勒、雷诺、起亚汽车发表联合声明，将研发燃料电池车，预计2015年完成。2011年，现代集团发表其Blue2燃料电池车(FCEV)，预计2014年推出。


2016年9月中国扬子江汽车集团实验生产线[5]首次下线一台常温常压氢能储存公车泰歌号，该实验车几乎已经达成商业运行能力，其科技突破在于采用一种化学吸收剂将液态氢吸收混和其中，之后再用催化剂还原释放，解决了氢能危险或高成本的储存运送问题，传统氢气困境在于必须低温或高压二选一储存方式，低温需耗费大量电能完全没有经济性，高压钢瓶虽便宜但也是高价品，且普及到市井民用有重大安全隐患，装载于车辆上万一发生车祸则安全堪虑。此次突破技术在于千人计划的专家程寒松教授全球领先原创颠覆性的“常温常压储氢技术”，[6]可以利用现有加油站和石油输送体系等基础设施，大幅减低了氢经济难题。

还是天朝最厉害，没办法，哈哈，

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日本將氫能視為下一個液化天然氣產業

如何取代汽柴油交通工具的發展路線上，日本與歐美有相當大的歧異。歐美國家主張「萬物電動化」，也就是過去沒有接電是燒油的汽車要電動化，日本則是主張「打造氫能經濟」。日本與全球作對看似讓人難以理解，畢竟過去日本已經有太多想要打造獨家系統卻總是不敵全球的經驗，但是，日本獨押氫能，有其特殊的戰略思維。

日本的能源幾乎完全仰賴進口，這是日本心靈上最大的陰影，尤其 311 事件之後，由於暫停核電主要以燃氣發電替代，2015 年日本進口石化燃料占總能源消耗比例暴增至 94%，更讓日本對能源安全產生不理性的恐慌。

日本受限於地狹人稠，且位於溫帶，發展可再生能源受到地理上的限制；日本還有另一個先天不良的問題，1895 年時東京從德國購買發電機，大阪卻向美國奇異（GE）購買發電機，從此種下東西日本電力頻率不同，東日本頻率為 50 赫茲，西日本卻是 60 赫茲，導致日本電網還分成東西兩半，不易互相支援，彼此之間的傳輸容量限制為 1.2 吉瓦（gigawatt）。

日本如同過去的歐美電力公司，對可再生能源搭配能源儲存、智慧電網各種新調控技術與觀念不熟悉，迷信大電網才能容納「不穩定」的可再生能源，然而，別說連接中、俄、韓、日的亞洲超級電網計畫八字都還沒一撇，連日本自己都還分兩半，因此日本對採用可再生能源達成能源自主的想法興趣並不大，反而是把推動可再生能源當成補貼無國際競爭力的日本企業的辦法，結果產生許多高收購電價的專案，但佔供電比例仍低。

由於日本不以可再生能源來解決能源自給問題，思維就轉向分散進口品項。對日本來說，既然交通領域佔汽柴油消耗的重要角色，把汽柴油車輛很快改為氫能，看似一個可快速分散能源風險的辦法，從天然氣領域的過去，可發現這是日本的一貫思維。

日本目前是全球第三大煤進口國，僅次於中國與印度，且是最大液化天然氣（LNG）進口國，311 之後，日本因為停核而天然氣用量暴增，以一國需求就把亞洲天然氣價格拉到天價。事實上，日本在半世紀以前就曾經憑一國之力徹底改變了天然氣市場，當時日本面臨與現在中國、印度相同的問題，燃煤與燃油發電導致嚴重空氣汙染，因此決定徹底改變國家的電力領域，全力轉型到燃氣發電，也創造了龐大的需求與市場空間。

另一方面，日本由於無本土油源，導致雖然石油消耗比美國德州還少，卻是全世界第 4 大石油進口國。當年為了減少石油進口量，從電力領域下手，全力推動天然氣戰略，以燃氣發電來取代燃油發電，雖然看起來換湯不換藥，對日本來說卻是至少把風險從單押石油略為分散到石油與天然氣。相對的，如今用氫來取代汽柴油，乍看之下日本工業廢氫並不足，必須進口氫，仍然沒有解決能源仰賴進口問題，但從油氣略為分散到氫，也是同樣的日本思維。

面對減碳的要求，由於日本可再生能源發展不良，氫能也成為減少碳排放的救命稻草，若是進口氫氣是以石化燃料製造，就全球來說沒有太大減碳作用，但是對日本來說，碳排放算在氫出口國，自己使用氫燃料電池車取代汽柴油車，少了許多交通領域碳排放，能躲過碳稅，也能躲過國際減碳壓力，就是達到目標。

要推動氫能不能只小心翼翼
日本經濟產業省預估氫價格在 2030 年為每標準狀況立方公尺（Nm3，標準溫度壓力下 1 立方公尺體積的氣體，標準溫度壓力為 1 大氣壓，攝氏 0 度）30 日圓，相當於每公斤 330 日圓，而每公斤氫氣所含的化學能約相當於 1 加侖汽油，也就是使用每公斤 330 日圓的氫氣，就化學能來說，相當於油價約每加侖 3 美元。但氫燃料電池車的能量轉換效率高於內燃機，因此實際上換算的成本還要再更低，再考量未來的碳稅因素，因此可說成本上已有競爭力。

然而，要達到這樣樂觀的預期，日本必須開創夠大的氫能市場，讓各相關技術環節都能規模量產化，才能將氫價格壓低到預設區間。就自小客車來說，恐怕規模遠遠不足，因為日本經濟產業省計畫到 2020 年底日本有 4 萬輛氫燃料電池車，2025 年達總數 20 萬輛，2030 年達總數 80 萬輛，即使一切照計畫進行，比起 2017 年日本一年就賣出 20 萬輛油電混合車，實在是小巫見大巫。

因此日本顯然必須全面發展其他領域的氫能用途，才能衝高氫產業的規模，達成降低氫價的目標，其中一個嘗試就是將氫燃料電池應用在堆高機。亞馬遜於 2017年採用氫燃料電池堆高機廠 Plug Power 產品，用於其物流中心，豐田也將其「未來」氫燃料電池車的核心氫燃料電池用來打造雷蒙（Raymond）品牌的氫燃料電池堆高機。

氫燃料電池堆高機比起鉛酸電池堆高機有許多好處，首先是佔用的空間大幅縮小，一般物流中心的電池充電基礎設施大約佔用 5%~10% 空間，若改為氫燃料電池堆高機，可節省相對應空間，改用來存放更多商品；其次是鉛酸電池的電壓會逐漸下降，讓堆高機的速度變慢，造成生產力損失，每 8 小時效率大約下降 14%，改用氫燃料電池可避免這個問題；電池充電還需要額外的人員看管，但氫燃料電池裝置加氫可由駕駛自行處理，更進一步節省人事成本。

日本也看中氫燃料電池巴士為提升氫消費量規模的重要策略，因為巴士的氫用量遠高於自小客車，每輛巴士耗氫量大約為自小客車的 45 倍，日本計畫 2030 年有 1,200 輛氫能巴士。不過，這個數量遠少於歐洲與中國的規劃目標。由這些計畫可看出日本的自相矛盾，一方面希望擴大氫能產業規模，但因為保守謹慎，所有的嘗試都速度太慢、規模太小，根本無法快速推動氫能產業規模。

為了完成氫能的國家能源戰略，日本顯然必須動用電力領域，來擴增氫能的應用範圍，而這又回歸到日本的天然氣經驗。天然氣大多是開採石油的副產品，在過去，大多在油田現地燒掉，日本需求在內產生的市場誘因下，如今許多油田天然氣不再是現地燒掉，而是收集起來，製成液化天然氣輸出；氫氣現在也是許多種工業製程的副產品，也是大多在工廠直接燒掉。但若氫能經濟起飛，這些工業廢氫未來將收集起來，成為各種氫能應用的氫來源。

半世紀之前日本推動了全球的液化天然氣經濟，如今希望如法炮製到氫氣。日本將從汶萊進口氫氣，之後還可能從澳洲與挪威進口氫。除了氫燃料電池，電力方面，日本還打算輔以氫氣打造整合複循環燃煤發電（Integrated gasification combined cycle），讓燃煤發電也成為衝刺氫經濟規模的助力，只是整合複循環燃煤發電當前成本過高，毫無經濟競爭力；要用無經濟競爭力的項目來推動經濟規模，不啻緣木求魚。

日本雖然有天然氣的前例，但要推動氫能規模經濟，不能只敢小心翼翼，規劃 30 年橫跨多領域，看似很宏大，卻每個領域都小打小鬧，根本無法達成所需規模，需要真正下決心大破大立。就日本的戰略需求與過往習性來看，緊抱氫能可預測也可理解，但就看日本何時會敢「梭哈」全力押注這一局了。