氫能三兄弟比一比!碳排、成本、技術如何兼顧?

經濟適用的清潔能源

全球積極發展氫能,氫雖然無色無味,不過,按照製程、減碳效益不同,氫能還被分為灰氫、藍氫、綠氫等3大類,最大宗的是灰氫,占比高達6成。 圖/Shutterstock
全球積極發展氫能,氫雖然無色無味,不過,按照製程、減碳效益不同,氫能還被分為灰氫、藍氫、綠氫等3大類,最大宗的是灰氫,占比高達6成。 圖/Shutterstock

全球積極發展氫能,氫雖然無色無味,不過,按照製程、減碳效益不同,氫能還被分為灰氫、藍氫、綠氫等3大類,最大宗的是灰氫,占比高達6成。

氫,在化學元素周期表中位於第一位,它是所有原子中最細小的,通常以「氫氣」形態存在,是一種無色無味的氣體。常溫下,氫比較不活潑,但在高溫下,氫則會變得非常活潑,除了稀有氣體元素之外,幾乎所有的元素都能與氫生成化合物。

3大類氫能比較。 圖/馬瑞璿製表
3大類氫能比較。 圖/馬瑞璿製表

氫能目前被分為灰氫、藍氫、綠氫。灰氫主要是以天然氣為主要原料,透過高溫重組的方式產生氫氣,製造過程中產生的二氧化碳,不捕捉、就直接排放到大氣之中,因此被稱作灰氫。世界上目前使用的氫氣,大多都是灰氫,占全球氫氣產量約60%左右。

藍氫的製造方式與灰氫相同,同樣是使用化石原料製氫,但製造過程中產生的二氧化碳,會被捕捉下來,亦或者封存、再利用,讓二氧化碳不致散逸至大氣中。

而綠氫生產技術則主要來自「水電解技術」,即透過再生能源電力,藉由電的化學反應,將水分解成氫氣及氧氣。由於是使用綠電進行電解,而且副產物無碳排,因此被稱作為綠氫。

雖然水電解技術看起來更能保護環境,但是,高效率、低成本的水電解技術目前仍在發展中。

目前的水電解技術,主要是以鹼性水電解(AE)、質子交換膜電解(PEM)為主,市場上另外還有兩種新型態的水電解技術廣受關注,分別是固體氧化物電解技術(SOEC)、鹼性膜電解技術(AEM)。

工研院指出,鹼性膜電解技術有望結合鹼性水電解、質子交換膜電解二者的優點,占地面積少,且能降低貴金屬用量,近年獲得研究領域關注;固態氧化物電解技術可在高溫條件下運行,具工業餘熱應用利基,可提高整體系統效率。這兩種技術在市場上雖然都有討論聲量,但現在僅在小規模商業化發展階段。

各類氫能不同,生產成本也不同。根據IEA(國際能源總署)2023年估算,2021年灰氫生產價格約為每公斤1-3美元,藍氫生產成本約為每公斤1.5-3.2美元,以低碳電力所產生的綠氫價格則為每公斤3.1-9美元。

從生產成本看得出來,帶有二氧化碳排放的灰氫製造成本最低,藍氫成本稍高,而綠氫因採用低碳電力,生產成本最高,幾乎是灰氫、藍氫生產成本的2至3倍。

藍氫、灰氫目前成本較低,但都受天然氣、碳費價格影響,相關原物料有時也因地緣政治波動幅度較大,因此部分歐洲國家為能源穩定與安全,已積極發展綠氫。


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