◎ 林仁斌
水是地球上最豐沛的物質，整合可再生能源發電系統來電解水產綠氫更是能凸顯其對環境與生態友善的特點。此外，將離峰用電時可再生能源所產生的多餘電力搭配電解水產氫技術做為儲能選項，並在尖峰用電時將綠氫燃燒轉換為電能以供使用，更能實現穩定供電的主要目標。因此，對於進口能源占比達九成以上的台灣而言，發展可再生能源電解水產氫技術是提升自主能源的重要可行方案。
低碳、零碳的氫能源是台灣邁向淨零排放的關鍵之鑰。示意圖。（圖取自freepik）
電解水產氫技術依反應機制不同，其特性也有所差異。茲分述如下：
一、鹼性電解法（AEC）的技術成熟且成本低，但對於可再生能源間歇性低負載部分有其劣勢。AEC商轉機種之電解效率約為60%，而其可運作負載大多介於 20-100%之間，因此對於可再生能源發電低於額定負載20%的部分電能，AEC則無法運用。
二、質子交換膜電解法（PEM）因為使用貴重金屬電極觸媒Pt、Pd，而有高交換電流密度以及較佳的電解效率。但也由於質子交換膜（例如Nafion）與電極觸媒材料的成本仍高，因而阻礙PEM電解水產氫技術的實用化。因此，降低貴重金屬的負載量或開發適應酸性環境的非貴重金屬觸媒，而仍能保持高電解效能與操作壽命便成為研究重點。
三、固態氧化物蒸氣電解法（SOE）必須在高溫環境（650-800℃）下操作，優點是能源轉換效率高，也不需要使用貴金屬觸媒，且可藉直接通入水蒸氣和CO2來生成合成氣，能應用於各式液體燃料的合成。目前SOE的電解效率最高可達到85%，也已進入示範驗證階段，但還需克服高溫操作下的啟動以及熱循環壽命不佳的問題。
四、陰離子交換膜電解法（AEM）與PEM相較，由於可以使用非貴重金屬做為催化劑，使得催化劑成本得以大幅降低。儘管如此，目前商用的陰離子交換膜（例如AS-4）的離子傳導度相較於質子交換膜的仍低1-2個數量級，使得AEM在能源轉換效率上仍不如PEM。因此，AEM的發展需仰賴陰離子交換膜的研發與突破。
台灣應該開始布局電解槽，積極建構可再生能源（離岸風能及太陽能）產氫、儲氫以及供氫之示範驗證場域。圖為離岸風電。（資料照）
整體而言，目前各類電解水產氫技術都有其不可取代的優勢，也都具有規模商轉的潛力。但亦有各自需要突破的挑戰，透過反應機制探討、催化劑設計、電解槽的開發，到能結合可再生能源的綠氫產製模組系統，當相關的技術關鍵點（能源轉換效率及運轉壽命）被解決時，便可大幅降低綠氫的產製成本。
台灣現在就應該開始布局電解槽，積極建構可再生能源（離岸風能及太陽能）產氫、儲氫以及供氫之示範驗證場域，提供國內廠商進行產氫電解槽模組系統之長時間運轉的性能、可靠性及壽命測試，以期能帶動下游的氫氣儲運、燃料電池產業、以及相關氫能源應用領域之發展。
（作者為台灣環境保護聯盟學術委員）
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