「能源科技的創新將是台灣邁向淨零的關鍵。」蔡英文總統曾為中研院與台電合作的「去碳燃氫發電技術」站台說道。台灣約7成碳排來自發電，為推動2050年淨零排放的目標，發展低碳電力至關重要，其中氫能發電備受矚目。
目前台灣仰賴燃煤、天然氣發電，兩者占近8成的發電比例，雖然天然氣的排碳量較燃煤發電低，仍屬高碳排的發電方式。
匯聚頂尖科學家到中研院團隊致力研發把天然氣轉變成氫氣的技術，並應用到台電商用發電機。2023年9月，中研院聯手台電成功發出「去碳燃氫」的第一度電，為氫能發電跨出重要一步。
優於傳統天然氣發電？
「去碳燃氫」字面上看似繞口，但若從化學式來看很容易理解。天然氣是由甲烷（化學式CH4）組成的氣態化石燃料，去碳燃氫是指在天然氣燃燒發電前，就先把碳（C）、氫氣（H2）分開，提早阻絕二氧化碳的生成，產製的氫氣可做為發電及工業使用，初期應用混氫燃燒發電；碳黑則可用於精密、高產值化工業生產原物料。
相較市面上95％製氫方式為「灰氫」，為天然氣搭配水蒸氣重組法，會產生二氧化碳副產物。換言之，低碳是去碳燃氫技術一大優勢。
不過代價是，為了把天然氣中的氫氣、二氧化碳分離，過程須耗費大量的能量。
去碳燃氫的裂解方式可分為電漿、熱能2種。熱裂解必須加溫到1000至1200度；電漿溫度大約1700至2000度。雖然電漿較為耗能，但它的技術成熟度高，產量也較多，目前中研院2種技術都有發展。
氫能發電能有效減碳？
對台電來說，為了降低發電的碳排，台電在2022年4月與西門子能源公司簽署「混氫技術合作備忘錄（MOU）」，預計2024年達成高雄興達電廠燃氣機組混氫5％發電示範。以氫氣替代5％天然氣，每年可減少超過7000噸碳排放量。
之所以需要燒氫氣，在於氫的組成成分不含碳，燃燒後不會有二氧化碳的產生。不過初期燃氣機組並沒辦法大量混燒氫氣，現階段混燒氫氣比率為5％，主要是需要花時間調教設備；在氫氣的取得上，台電除了向氣體供應商購買外，中研院也提供少量的去碳燃氫原料。
最重要的是，氫氣要進入到機組燃燒，須符合氫氣的品質要求，例如氫氣純度要達到98％以上，中研院與工業氣體製造商聯華氣體合作，提升氫氣的品質要求。中研院永續科學中心執行秘書陳于高表示，「去碳燃氫將從實驗室進入工廠的生產規模，須顧慮到安全規範及生產效率。」
大家最在意的降低發電碳排，「去碳燃氫」的減碳效益有多大？去碳燃氫介於藍氫與綠氫之間，又稱為藍綠氫（turquoise hydrogen）。
藍氫是透過天然氣製氫，所產生的二氧化碳，再搭配碳捕捉技術，降低碳排量；綠氫則是透過太陽能、風能等再生能源，把水電解產生氫與氧，是真正的零碳排氫能。因此藍綠氫的碳排比藍氫低，但比綠氫高。
根據歐盟對低碳氫的認定為，每生產1公斤氫氣，產生的二氧化碳低於3.4公斤。對台電來說，只要是低碳氫都可以使用，主要仍視價格成本來採購，藍氫、藍綠氫、綠氫都屬低碳氫。
台電綜合研究所能源研究室組長周儷芬表示，「綠氫是目前公認最環保的氫能發電方式，但綠氫生產成本高，國內再生能源也不足；因此在取得綠氫前，各種氫氣來源台電都會評估。」不過，去碳燃氫要走到大規模商轉部署，首先得克服規模化的問題。
商轉2挑戰：規模化、固態碳
興達混氫示範機組為91MW（千瓩），相較目前去碳燃氫所應用之65kW（瓩）混氫微型氣渦輪發電系統，規模差了1000倍以上，怎麼把規模放大、提升裂解效率，是中研院目前最大挑戰。
其次，還需要處理大量的固態碳。陳于高指出，固態碳用途多，可作為碳黑、石墨與備用能源，目前中研院已與多家業者洽談固態碳如何加值再利用。據官方估算，每噸天然氣可產生0.75噸碳黑，可帶來7,500元的碳黑收入。
周儷芬坦言，氫能發電還不是成熟的技術，處在摸索階段。根據國際預估，考量到成本與效益，氫能要到2035年後才會被大量應用。但站在科研角度來看，技術必須提早10至20年展開研究，一路從實驗室走向產業化，過程還必須考量電網環境的變化，像是從傳統集中型發電走到分散式發電，哪種發電技術會在未來成為主流，台電綜合研究院如同扮演台電智庫的角色，「我們先導入評估，當未來公司在做選項時，我們可以提供國際電力的趨勢。」周儷芬說。
勢不可擋！6年後可望年產3800萬噸
因應現階段氫的量還不足，但又有減碳壓力，台電另一方面也在試驗火力電廠碳捕捉計畫，將燃煤電廠所排放的二氧化碳進行捕捉再利用與封存，多管齊下研究各種減碳解決方案。
展望氫能的未來，中研院看好，以裂解的方式（指去碳燃氫）生產氫氣的技術，有望成為未來氫能發展最主流的方向。歐盟針對氫能發展的預估中，認為到2050年時，歐盟所使用的氫能會有55％來自於甲烷裂解，有30％來自目前化工產業較成熟使用的天然氣重組（灰氫），以及15％來自水電解產氫（綠氫）。
隨著各國對淨零排放的重視，刺激了對氫能的需求，目前全球共有41個國家政府制定氫能戰略，據國際能源總署（IEA）發布的「2023全球氫能回顧報告（Global Hydrogen Review 2023）」指出，到2030年低碳氫將大幅成長，年產量達到3800萬噸，目前低碳氫的生產在2022年約28.5萬噸，占比仍低。
雖然氫氣的技術還在發展，難以斷定哪種氫氣是未來主流，陳于高認為：「未來不排碳的氫就是好氫！」去碳燃氫成果被視為國內氫能發電一大突破，至今中研院院長廖俊智持續與去碳燃氫團隊每周開會討論，為後續落地商轉做準備。
台灣氫能與燃料電池學會理事長曾重仁提醒，混氫15％至20％對現有發電基礎機組的難度不高，他也期盼台電與中研院團隊可設定更有野心的目標。唯有將能源科技掌握在手中，才能提升台灣的能源安全，並推進淨零時程。
本文不開放合作夥伴轉載
責任編輯：蘇柔瑋
