大家好，我是德瑞克，我對氣候變遷議題下的碳金融有高度興趣，同時也抱著高度質疑。
氫能源如此之輕，該怎麼用它呢？（圖片來源：https://pixabay.com/）
我們在前兩講中，分別講到了氫能源的優點與限制。
氫能源本身很乾淨，跟氧氣反應產生能量之後，只會產生水，不會產生二氧化碳。這讓苦惱著2050淨零排放該怎麼達成的各國政府與產業，看到了一絲可能的曙光。
但是，氫氣因為密度小、體積大，導致在儲存與運輸的過程中，需要使用大量的能源與資金。供應鏈上的難以實現，讓另外一派人士認為「氫能源」是被吹捧過頭的假議題。
其實，沒有完美的能源，只有相對適合的能源，就像世上其他的事物一樣。我們能不能取其優點，避其缺點，讓氫能源成為低碳世界的一環？這一講，我們從多方觀點，彙整未來氫能源可能適用的產業與方向。
氫能源適合用在哪些產業？ 讓我們先回顧一下，上一講文末提到的「氫能源產業適用梯度表」。這是彭博新能源財經 （BloombergNEF）的創辦人Michael Liebreich所創造。
氫能源的產業適用梯表。（資料來源：The Liebreich Associates）
首先，「氫」同時具備了「原材料」與「能源」兩種身份。長期以來，氫氣本來就做為化學原材料，廣泛用在氨基肥料、煉油與化學合成上。這些產業應用因為使用氫氣作為原材料，短期內沒有替代方案。因此位在梯度表的最上端（屬於不可避免 Unavoidable）。
而其他難以依靠電力脫碳的產業，像是鋼鐵業（因為光靠電力難以達到需要的上千度高溫），以及長途航運（因為電池續航力有限），則必須依靠氫氣作為能量來脫碳。因此這些應用也位於梯度表的高位。
還有，光用電池很難達到大規模且長時間的儲電，面對全球越來越多的可再生發電能源（像是太陽能與風能），短時間的變動可以用電池來調整（像是白天到晚上）。但若是面對季節性的變動，像是夏天的日照比冬天強，或是冬天的東北季風特別旺盛，這就需要長時間且大規模的儲電，氫氣會是比電池更合適的方式。可再生能源與氫儲能相結合，將有助於讓季節性的能源調度更有彈性。
下圖是各種儲能方式的比較，橫軸是可儲能的容量，縱軸是可儲能的時間。可以看到，電池適合於短時間與小容量的儲能，而氫氣適合長時間與大容量的儲能。
（圖片來源: https://www.energy-storage.news/）
等等，上一講我們不是才說到，氫氣密度小所以體積大，因此若是要儲存需要很大的空間，那製造這些儲存空間也需要很大的成本，不是嗎? 是這樣沒錯，但如果有合適的地理條件，儲藏在岩洞裡，則可能是一個不錯的辦法！ 在美國猶他州，就有一個十億美元等級的大型專案在進行，而且該項目被猶他州州長稱讚，有機會將猶他州變成美國西部公用事業規模存儲的中心。這個專案可以很好地說明氫氣做為長期儲能的案例。
（圖片來源：https://www.energy-storage.news/）
首先，將可再生發電透過電解水而產生氫氣（此為綠氫），然後將氫氣儲存在發電廠底部的大鹽丘中，目前預備開發兩個洞穴，而每個洞穴都有帝國大廈的大小。這樣氫氣儲存下來的能量，若是換成鋰電池用儲存，則需要四萬個貨櫃的鋰電池才有辦法做到，幾乎不可能實現。
而當需要發電的時候，則將氫氣做為燃料，送到燃氣輪機發電，預計可以提供洛杉磯市五分之一的電力。簡單看就是把太陽能變成電力，再把電力轉變成氫儲存起來，等到要用時，再把氫氣透過燃氣機組轉化為電力。
談完了適合用氫能源的產業，再來看看梯度表下面，但是請注意這裡的形容詞是「Uncompetitive」，也就是沒有競爭力的。並不是說這些產業應用氫能源不好，而是在能源消耗與投資成本考量下，使用其他的能源方式會比氫能源更有競爭力。
這些被列為使用氫能源沒有競爭力的應用，主要包括氫能源汽車與家庭供暖。因為在這些應用上，用電力直接來供給，像是電動車與電熱泵，可以省去大量運輸與配送的成本。而氫能源因為本質使然，就是不利於過於頻繁的轉銷與配送。
相同的論點也出現在國際可再生能源機構（IRENA）的規劃上（如下圖）。縱軸指標是跟其他低碳能源相比，目前氫能行業發展的成熟度，圖表越上方代表此行業越成熟，因此投資門檻較低。而圖表越下方則表示行業尚未成熟，要大量的投資才有機會帶動產業發展。
橫軸則是描述產業是偏向分散式（Distributed）還是集中式（Centralized）的。如果像是家庭供熱需要廣布管線到每個社區，還有都會用車輛需要綿密的設置加油站，就是屬於分散式的產業；而大型煉鐵廠、長程飛機、大型氫儲存地點，就是偏向集中式的產業。
（作者整理，原圖來源：IRENA）
產業若越是集中式的，能夠盡量減少運輸配送的過程，才能發揮氫能源的好處。 反之，產業若是偏向分布式的，過程中需要層層轉手、分成數段配送的，則氫能源在供應鏈上耗能的缺點將被放大，喪失競爭力，此時直接使用電力將是更好的選擇。
還記得嗎？Tesla創辦人馬斯克曾經大肆批評氫能源，今年五月，馬斯克在接受英國《金融時報》訪問時說：「把氫當做儲能手段簡直是最愚蠢的想法」。為什麼呢？
下圖是歐洲非政府組織運輸與環境機構（T&E）對車輛所使用能量的效率比較。結論是現在來說，使用電力來驅動車輛，能源效率最高，即使科技發展到了2050年，這個結論依然沒有改變。
因為要把太陽能發的電透過電解過程變成氫，能量就只剩76%了；而運輸、儲存和分配又會讓能量再減少11%，所以光是從可再生能源發電廠到加氫站，能源就只剩原本的68%而已。而在氫能源車中，又要再把氫能源轉換回電能，這時候又將浪費掉一半的能源。因此，從可再生能源發的電，實際只有三分之一能轉換成氫能源車的動能。 但是如果直接透過電力呢？電網傳輸的損失大概只有5%，再加上充電樁與電池效率等等考量，預估電力將有77%可以轉換成電動車的動能。以電動車供應鏈上77%的能源轉換效率，對比氫能源車供應鏈上的33%，確實是不小的差距。
（圖片來源: Transport & Enviroment）
但是，氫能源車難道真的沒有機會？那為什麼日本豐田汽車（Toyota）跟韓國現代汽車（Hyundai）都全力發展氫能源車？事實上，說不定勝負尚未分曉。
從日經中文網所做的調查，在2019－2020年之間全球申請的專利數量中，排名前十名裡有六家是汽車公司，包括豐田（Toyota）、日產（Nissan） 、現代（Hyundai） 、本田（Honda） 、通用汽車（GM）跟韓國起亞（Kia）。表示日韓美大車廠仍押寶在氫能源車，那他們看到了甚麼？
（資料來源：日經中文網）
撇除掉前述能源效率較低落的問題、以及氫能源車與加氫站如何產生經濟規模的問題（沒有加氫站，誰會想買氫能源車？可是還沒有人買氫能源車，誰願意投資設加氫站？當初電動車也遇到相同的雞生蛋、蛋生雞的問題）。
其實氫能源車的優點如下：
潛在續航力強
因此對於長途與重型的運輸，像是長途卡車、大型飛機或輪船，可能是比電動車更高效並合乎邏輯的選擇。因為電池很重，為了增加續航力而攜帶過多電池，將被電池重量拖垮而導致效率損失。
加氫速度快
基本上加氫的時間跟加油差不多，比充電快多了。在都會區密集的地方（像是日本、韓國、新加坡、香港等），並不像地廣人稀的美國，那麼容易在自家車庫安裝充電設備，因此電動車在都會區可能面臨排隊充電的問題。只要能合理設置加氫站（突破前述的雞與蛋問題），氫能源車將更合適於都會型國家。
而在夜間電動車充電的高峰期，正好撞上了太陽能發電的低谷，這會造成電網調度上的困難。而且這樣的情形還可能加劇，可再生能源發電佔比越高，電動車數量越多，上述的發電與充電的媒合調度就越困難。反之，氫能源是預先儲存在加氫站上，就不會有這樣的問題。
我們可以把「氫能源」看做是一種低碳能源的選項，「電力」也是。在每種應用中，這兩種能源型態在競爭，從能源效率、使用方便度、設備普及度、投資成本、銷售單價等等，公司經營者與消費者應該根據自身的需求，根據指標的權重，選出最有競爭力的能源。
其實每個國家也是如此。截至2021年底為止，全球已經有35個國家發布氫能源戰略（如下圖所示）。缺乏天然能源的日本是最早也最積極倡導氫能源的，加上對減碳走最前面的歐洲國家當然非常積極，然後幾個太陽照射強烈的國家（南美的智利、澳洲、非洲埃及與中東國家）也想藉由氫能源出口增加競爭力。而美國雖然不在此圖中，但是美國國家能源部（DoE）也有專門辦公室在策畫氫能源。
（資料來源：日經中文網）
就像廣告台詞說的「人生動/不動都在競爭」，放在國家等級的氫能源競爭上也是。哪個國家能優先爭取到投資開出產能，就有機會佔領先行者位置，做出經濟規模進一步壓低成本吃下市場份額。
（已發表氫能源策略的國家名單，資料來源：IRENA）
而且除了國際貿易之外，能源安全是國家安全等級的議題，氫能源的生產與貿易一定也會牽涉到國際政治。
然後別忘了，石化產業已經提供了人類超過一百年的能源，有好多國家以及大小公司產業鏈在裡面，面對可再生能源排山倒海的席捲，石化產業當然不希望資產擱淺、營收下滑，那麼氫能源是不是石化產業的轉型出口？
這些議題都很大，也將在未來持續發酵，讀者們不妨思考留意一下。
下一講，我們來談談幾個重要國家的氫能源發展方向，並且看看有哪些產業機會。
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