一、前言
Frost & Sullivan評選出在未來2024年至2028年將對社會產生重大影響的前50大新興技術，技術範圍涵蓋九大領域：先進製造及自動化、化學品和先進材料、能源和公用事業、環境和永續發展、健康和保健、資通訊技術、醫療設備和成像技術、感測器和儀器、微電子。其中能源與公用事業領域的主要發展趨勢，包含降低對傳統煤炭和天然氣等基載燃料依賴的潔淨能源技術、更安全及更具成本效益的電動車、工業部門的直接和間接電氣化減碳方案等，在全球實現淨零碳排放目標的過程中發揮關鍵作用。因此，Frost & Sullivan評選未來2024年至2028年在能源領域最具發展潛力的6項新興技術，包含次世代磷酸鋰鐵(lithium iron phosphate, LFP)電池、粉紅氫(Pink Hydrogen)、加熱製程電氣化(Process Heat Electrification)、小型模組化核子反應爐(Small Modular Reactors)、鈉離子電池(Sodium-Ion Batteries)、串聯型太陽能電池(Tandem Solar Cells )。

本文針對能源領域的6項新興技術，分述其定義、應用範疇、技術特點、代表性案例等(各項新興技術摘要與發展潛力請參閱圖一、二)。

二、次世代磷酸鋰鐵(lithium iron phosphate, LFP)電池
次世代磷酸鋰鐵電池由鋰、鐵、磷酸鹽等陰極材料和碳基陽極組成，不需要鈷和鎳等稀有金屬材料。次世代磷酸鋰鐵電池優化電池性能，並可較現有鋰離子電池具備更高的安全特性和成本效益。

(一) 優勢與挑戰
次世代磷酸鋰鐵（LFP）電池在全球電動車市場中的地位日益重要，據國際能源總署IEA 統計，2022年在電動車電池占比從2021年17%上升至27%。相較於鋰離子電池（LIB），如鎳錳鈷（Nickel manganese cobalt, NMC）和鎳鈷鋁氧化物（nickel cobalt aluminum oxide, NCA），LFP電池具有更高的安全性，其熱失控溫度為270°C，遠高於NMC的210°C和NCA的150°C。此外，LFP電池成本更低，循環壽命更長，在快速充電狀態下更穩定。最近幾年，全球對次世代LFP電池的興趣急遽增加，特別是在中國市場，比亞迪(BYD)等大型電池製造商推動了其應用。LFP相較LIB能量密度較低，最新開發的磷酸鋰鐵錳電池(LMFP)¹ ，在LFP陰極中加入錳，可在未增加成本下使能量密度提高15%~20%。然而，LMFP電池尚面臨導電率較低和錳易溶解破壞電解質等挑戰，但隨著陰極碳塗層材料的進步，這些問題有望獲得改善。

 (二) 發展趨勢
低成本與高安全性促使次世代磷酸鋰鐵電池在電動車及儲能領域備受矚目，預估至2026年~2027年內有望成為市場主流，特別是城市交通運輸中低價位的電動車及定置型儲能系統。至2028年後LFP能量密度將可達300Wh/kg以上，電池堆成本達50美元/kWh以下。技術方面則主要聚焦於表面塗層、在陰極添加奈米碳管、電解質添加劑及優化陽極材料等關鍵領域，並擴展新興應用，如高性能的電動車、消費性電子產品和醫療設備。

(三) 代表性案例 
中國寧德時代(CATL)於2023年推出應用於電動車的次世代磷酸鋰鐵電池，可快速充電(約15分鐘內充滿電)，充電10分鐘可行駛約400公里，充滿電後可行駛700公里。同年，與荷蘭Stellantis公司簽署合作備忘錄，促進LFP電池在當地生產及供應歐洲電動車市場。

三、粉紅氫(Pink Hydrogen)
透過核子反應爐產生電力和熱能，並電解水產生的潔淨氫能。第28 屆聯合國氣候變遷大會已有超過20個國家，承諾至2050年擴增3倍的核能產能，並尋求通過核能來推動潔淨氫能生產，以應對氣候變化和能源安全的挑戰。例如美國計畫發展7個區域型氫氣生產中心，其中3個即是以粉紅氫為主；加拿大開發小型模組化核子反應爐，以實現就地化生產氫氣；日本和中國則積極開發高溫或超高溫反應爐製氫的技術示範項目。

(一) 優勢與挑戰
粉紅氫透過核能提供穩定熱能和電力，避免間歇性問題，有助於降低氫氣生產成本，並促進潔淨能源的多樣化。然而，核能與氫能的結合可能面臨公眾對安全和環境風險的擔憂、核子反應爐與電解槽技術的整合，以及對核燃料和其他資源等供應鏈的穩定性和永續性等挑戰，尚需要有效的溝通和創新解決方案來克服。

(二) 發展趨勢
粉紅氫的未來將在技術創新、政策支持和市場競爭力的推動下取得重大進展，並在全球能源轉型中扮演重要角色。Frost & Sullivan預估至2028年以後，隨著先進核子反應爐以及固態氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC)的商業化，粉紅氫將加速發展，成本有望大幅降低。

(三) 代表性案例
美國Bloom Energy開發低耗能的固態氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC)，生產每公斤氫氣僅消耗37.7度電，耗電量較質子交換膜和鹼性電解槽節省超過27%。Bloom Energy於2022年分別與電力公司Xcel Energy及Westing House Electric Company合作，利用核電廠產生的熱能和電力生產潔淨氫能。

四、加熱製程電氣化(Process Heat Electrification)
加熱製程電氣化技術指的是將工業製程所需熱能從傳統的化石燃料驅動方式轉向直接使用電力（直接電氣化）或利用電力生產低碳合成燃料（間接電氣化），以減少溫室氣體排放。目前研究大多以直接電氣化為主，包括低溫製程技術，如工業熱泵(heat pumps)、電鍋爐(electric boilers)和紫外線(UV)感應加熱，以及高溫製程技術，如電阻加熱、電弧(electric arc)加熱和射頻(radio frequency, RF)加熱等。

(一) 優勢與挑戰
加熱製程電氣化技術在工業應用中具有顯著的優勢和挑戰。電鍋爐和熱泵以高能效、低能耗和低碳排放的特點，適合於替代傳統的燃氣鍋爐，並能夠靈活整合到現有的電網和工業基礎設施中。然而，高溫加熱設備（如電弧爐和電阻加熱）的高能耗和對電網的壓力，以及熱泵在溫度100℃~180℃操作下需要較高的資本投入，是需要克服的技術和經濟挑戰。

(二) 發展趨勢
加熱製程電氣化技術未來的發展將主要集中在兩大方向：低溫製程技術的普及和高溫製程技術的突破。隨著全球工業對減少排碳目標的追求，前期基於成本考量，預計在2024年至2026年，輕工業如食品加工和造紙等低溫製程將積極採用熱泵、紫外光固化設備(UV curers)和電鍋爐等電氣化技術，以降低能源消耗和排碳量。同時，高溫製程產業如水泥和金屬加工則將面臨技術升級和投資擴展。至2028年以後，高溫製程技術將展現更高效率和更低碳足跡的優勢，電弧爐和感應加熱等先進技術的應用逐漸普及。

(三) 代表性案例 
瑞典新創公司H2 Green Steel透過創新技術引領綠色鋼鐵生產，以大幅減少煉鋼過程產生的排碳量。其中一項關鍵技術即在直接還原反應中，以再生能源電解水產生的綠氫將鐵礦石直接還原鐵(direct reduced iron, DRI)，預計可減少95%的碳排放量。另一方面，以回收鋼材為原料，透過電弧爐(electric arc furnace, EAF)與DRI煉製鋼鐵，提高效率和永續性。該公司在瑞典北部建造全球首座綠氫鋼鐵廠，計畫於2025年開始營運，每年將生產250萬噸綠色鋼² ，其中過半產能已透過5至7年的供應協議售出³。 

五、小型模組化核子反應爐(small modular reactor, SMR) 

小型模組化核子反應爐(SMR)是一種模組化的核分裂反應爐，典型容量小於300MW(涵蓋容量小於50MW的微型核子反應爐)。在設計、安全性、建造和運營成本方面較傳統核子反應爐有顯著改進，並且能更靈活應用。

(一) 優勢與挑戰
相較傳統的核子反應爐，SMR的模組化可實現設計標準化，有利於應用在各種產業脫碳。其顯著優勢在於減碳潛力、土地利用效率、傳輸基礎設施效率、對當地經濟利益以及應用多元性。然而，高成本是一大挑戰，因為大多數SMR都是首次出現的設計。預計隨著技術的發展和反應爐變得更先進，成本將會下降。

(二) 發展趨勢
未來，隨著全球對於淨零排放目標的追求以及核能技術的進步，SMR正逐步成為能源轉型中的關鍵技術。預計至2026年~2027年將有多項SMR概念設計開始進行示範，至2027年正式投入營運。模組化及標準化有助於加速部署和提升成本競爭力，SMR有望在滿足難以減排行業和偏遠地區能源需求的同時，成為可靠的潔淨能源的首選。另一方面，為符合新一代反應爐的燃料需求，高純度低濃縮鈾(HALEU)和先進低濃縮鈾(LEU)等次世代燃料開發，將有助於提高經濟規模和反應爐的安全性。

(三) 代表性案例
美國奇異公司和日本日立製作所共同出資的奇異日立核能公司 (GE Hitachi Nuclear Energy)，所開發的BWRX-300小型模組化核子反應爐可提供300MW發電量，運轉壽命長達60年，僅需每12至24個月補充一次燃料，且具備自動安全防護功能。模組化設計使每MW所需的建造成本減少約50%以上，且可在24至36個月內建置完成。

六、鈉離子電池(Sodium-ion batteries, SIB)
鈉離子電池類似鋰離子電池，以儲量豐富的鈉金屬作為電荷載體，藉由鈉離子的移動，進行電化學反應。

(一) 優勢與挑戰
鈉離子電池具有使用成本低、材料供應穩定且安全性高的優勢，可快速充放電，滿足廣泛的應用需求，如電動車和能源儲存系統。然而，相對於鋰離子電池，其能量密度較低且技術成熟度仍需進一步提高，以滿足高能量密度和長壽命的需求。

(二) 發展趨勢
許多企業已在全球各地部署鈉離子電池(SIB)商業化製造廠，預計2026年至2028年將有多個大規模製造廠開始營運。隨著能量密度技術的提升，至2030年SIB成本大幅降至40美元/kWh，產能超過189GWh，將在定置型儲能和電動車應用中彰顯競爭優勢。

(三) 代表性案例 
中國寧德時代(CATL)在2021年發表第一代SIB，能量密度高達 160Wh/kg，且充電15分鐘可達80%電量，並預告第二代SIB的能量密度將達200 Wh/kg。至2023年，發布全球首輛搭載鈉離子電池的電動車，並積極部署供應鏈⁴。 

七、串聯型太陽能電池(Tandem solar cells)
串聯型太陽能電池透過堆疊多個不同半導體材料製成的太陽能電池，可更有效地吸收和利用太陽光譜中的各種波長，以提高轉換效率。

(一) 優勢與挑戰
串聯型太陽能電池的堆疊設計，有效克服了單接合電池的熱損失和傳輸損失，從而擴大光譜吸收範圍，並實現高達46%的理論轉換效率，高於單接合太陽能電池的33.7%(the Shockley-Queisser效率極限值)。在實際應用中，鈣鈦礦(perovskite)-矽晶（c-Si）混合型串聯電池，在2023年創下33.9%的最高效率。然而，製造成本和技術複雜性仍是其面臨的挑戰，需要在市場競爭和成本管理方面取得進一步突破。

(二) 發展趨勢
串聯型太陽能電池正處於商業化的早期階段，未來的發展趨勢包括解決易受外在干擾影響性能穩定性的問題、鈣鈦礦薄膜與連接層的結構處理和鑑別材料與優化堆疊組合等挑戰。此外，公私部門亦積極部署製造設施，如韓國Hanwha Solutions公司在2024年底前生產串聯型太陽能電池的前導工廠將正式營運，並預計在2026年實現商業化。

(三) 代表性案例 
新加坡的Cosmos Innovation開發一個Mobius的人工智慧平台，可快速識別最佳的半導體材料和製程的組合，以促進串聯型太陽能電池的開發。平台可以分析多達572種不同的堆疊組合，並迅速找出優化的解決方案，可較傳統研究方法加快10倍以上，有效提升電池效率和研發速度。

註

1. 材料世界網。高安全鋰電池材料與技術。https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=53815

2. 德國將助瑞典新創企業H2 Green Steel興建全球首座氫煉鋼廠。https://www.thfcp.org.tw/xcindustry/cont?xsmsid=0L265415022626956988&sid=0O032767351013016328&sq=

3. H2 Green Steel。https://www.h2greensteel.com/latestnews/h2-green-steel-raises-more-than-4-billion-in-debt-financing-for-the-worlds-first-large-scale-green-steel-plant

4.寧德時代CATL。https://www.catl.com/news/7161.html