一、前言
國際能源署(IEA)出版年度全球氫能述評，持續追蹤全球氫能生產、需求，以及基礎設施發展、貿易、政策、監管、投資和創新等關鍵領域相關進展。報告中指出，2023年全球氫氣需求量達到97 Mt，較2022年成長2.5%，但低排放氫氣2023年產量不到1 Mt。

因此，許多國家已經開始實施相關法規和支持措施，以刺激低碳氫和綠氫的需求(相關政策詳見表一)。在私部門方面，非營利潔淨能源組織RMI自2023年9月起陸續推出永續鋼鐵交易平台(Sustainable Steel Buyers Platform)、永續航空燃料登錄系統（Sustainable Aviation Fuels Registry）。另一方面，RMI與Mærsk Mc-Kinney Møller Center零碳海運中心(Zero Carbon Shipping)預計2024年底推出海事監管系統的前導試驗，以追蹤和驗證海洋運輸服務的碳排放。在第28屆聯合國氣候變化大會COP28上，多位海運領導者也共同承諾至2030年增加使用綠氫燃料至1100萬噸。此外，COP28也關注工業脫碳進度，啟動工業轉型加速器（Industrial Transition Accelerator, ITA）計畫，尤其是加速重工業和運輸部門的脫碳。 

以下將聚焦於氫氣生產及終端應用的技術創新，並根據發展現況及試驗結果，提出未來發展重點。

二、氣氣生產技術創新
電解製氫氣技術已達商業化程度，但低排放氫氣生產技術仍需大規模驗證。此外，為了提高市占率，需進一步創新，透過提高效率和降低設備成本以降低生產成本，例如：減少對關鍵材料的依賴、延長電池組壽命、改進製造流程和回收設計。
(一)電解製氫
1.電池堆創新
鹼性(Alkaline)和質子交換膜(PEM)電解槽為市場最成熟的電解技術，並已投入商業使用，未來需持續進行創新以降低氫氣成本。其中PEM電解槽的發展重點在於儘量減少使用催化劑中昂貴的鉑族金屬成分。2023年9月，美國H2U Technologies公司使用無銥催化劑實現25,000小時的耐久性測試，優於其他無銥催化劑(耐久性為1,400小時)；2024年2月，日本東芝集團與比利時Bekaert公司合作，將東芝的技術商業化，減少90%銥使用量。

另外，固態氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC)具備高效率的優勢，但需要使用外部熱源產生蒸汽，且一般使用壽命僅有2年，未來需解決其耐用性問題。目前已有幾個計畫以數MW的商業規模營運，例如：丹麥新創公司Dynelectro正在研發將使用壽命延長至10年的創新技術。

陰離子交換膜(Anion Exchange Membrane, AEM)電解槽仍處於早期階段，但在2023-2024年間，德國Enapter公司之AEM電解槽產品已被德國、英國和荷蘭等多個國家採用。

2.高壓電解製氫
技術創新主要為降低電解槽周邊輔助系統(Balance-Of-Plant, BOP)成本，特別是透過增加出口的氫氣壓力，直接產出高壓的氫氣有助於減少後端氫氣壓縮的需求，從而降低壓縮設備和相關電力需求的成本。2023年由歐盟啟動HYPRAEL計畫，目標是將鹼性電解槽的氫氣出口壓力提高至80至100 bar，遠高於目前的30 bar；2023年11月，英國Supercritical Solutions公司在一家威士忌釀酒廠展示50 kW的高壓電解槽，可生產220 bar的氫氣。此外，Supercritical Solutions和澳洲HAMR Energy 公司共同合作，宣布將進一步測試將高壓電解槽生產的高壓氫氣用於合成甲醇。

3.離岸製氫
由於離岸風電具高發電容量因素，再加上離岸風電結合氫氣生產具規模經濟效益，因此離岸風電逐漸被視為生產氫氣的創新途徑。利用離岸風電生產氫氣，可有效利用多餘的電能，提供輔助服務。此外，在海上的浮動式離岸風電場直接生產氫氣，可替代從海上傳輸電力到陸地的供電途徑，進而減少供電損耗，並提升整體效率。

2023年5-11月，法國Lhyfe公司的Sealhyfe計畫在法國海岸附近的離岸平台上，成功測試1 MW電解槽，並克服了惡劣的天氣條件。第二階段則是透過歐盟資助的HOPE計畫，預計在比利時海岸建置一座10MW的離岸製氫設備，2024年5月開始進行陸上測試，其中1MW的電解槽預計將在年底前轉移到離岸平台，並透過現有管道與天然氣一起輸送氫氣，至2026年投入營運。

(二)化石燃料製氫結合碳捕獲、再利用與封存技術
1.甲烷重組
蒸汽甲烷重組(steam methane reforming, SMR)技術中，其60%的二氧化碳排放來自重組器的製氫過程，另外40%的二氧化碳排放則來自爐中燃燒天然氣產生。目前已可有效捕獲重組器中合成氣的二氧化碳，但要從煙道中捕獲剩餘的40%二氧化碳成本相當高昂。
然而，若要符合低碳氫定義，須利用捕獲、再利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技術提高二氧化碳捕獲率(>60%)。例如，在加拿大和美國建設的2座甲烷製氫廠預計於2025年投入營運，將採用自發熱重組(autothermal reformers, ATR)結合CCUS技術，較SMR技術更容易提高二氧化碳捕獲率。
除此之外，亦有公司投入電氣化SMR技術，以電流加熱重組器，無需捕獲的煙道的二氧化碳，進而降低成本。例如，2023年10月，丹麥Topsoe公司在沙烏地阿拉伯建造電氣化SMR的示範工廠；2024年6月美國XRG和加拿大Nu:ionic公司共同開發首座商業化電氣的SMR製氫設備，每日約可生產20噸氫氣。

2.甲烷熱裂解
甲烷熱裂解製氫將生成固體碳和氫氣，不會排放氣態二氧化碳，不需負擔捕獲二氧化碳成本。2024年1月，澳洲Hazer公司在澳洲的商業示範工廠首次採用熱裂解技術生產氫氣，每年生產100噸氫氣。另外，芬蘭Hycamite公司亦於2024年1月開始在芬蘭建造甲烷熱裂解製氫示範工廠，每年生產2,000噸氫氣，並於2024年9月開始營運。

(三)新興氫氣生產技術
其他低排放氫氣技術，例如光觸媒(photocatalytic)分解水製氫，仍處於較低的技術成熟度，但已有少數的試點計畫正在進行。例如，2024年6月，卡達殼牌研究與技術中心與學術界合作的HyPEC計畫，在卡達的一個試點設施中利用廢水和陽光生產氫氣；西班牙Hylios計畫則將研發用於光觸媒分解廢水的新型鈦基金屬有機結構材料(metal-organic frameworks, MOF)。

三、氫氣終端應用創新
(一)工業應用
1.鋼鐵
2023年11月，瑞典綠鋼企業Stegra在瑞典建造全球第一座大型100% H2 直接還原鐵(Direct Reduced Iron, DRI)工廠，年產鋼材約2.5 Mt。同時，非洲推動Oshivela計畫，使用100%氫基DRI技術，以及密閉式轉爐(Rotary Furnace)代替豎爐(Shaft Furnace)，每年生產15,000噸鋼材，可減少鐵礦石粉末，並使質地更加均勻。
以氫氣取代煤炭和天然氣作為DRI技術中的主要燃料和還原劑，倘若採用綠氫則可降低近100%的排碳量。但DRI對鐵礦石的品質要求較高，含鐵量需達65%~66%以上，否則容易造成腐蝕。然而，大多數鐵礦石含鐵量低於65%，非高品質鐵礦石，目前已有幾個計畫採用不同的技術利用較低品質的鐵礦石。例如，2024年8月，澳洲Fortescue公司採用電熔爐直接熔化和還原鐵礦石，可處理多種品質的鐵礦石和雜質，提升冶煉的靈活性，預計於2025年投入生產，年產量達1,500 噸。

2.化學品
傳統製氨技術常以哈伯法(Haber-Bosch Process)在高溫、高壓下連續進行反應，但再生能源的波動性使電力穩定供應成為挑戰。因此，丹麥Skovgaard Energy公司開發動態合成氨技術，可在沒有氫氣儲存設備下，以5~100%的可變負載合成氨氣，其示範工廠已於2024年8月落成，年產能為5,000噸。2023年11月，德國Leuna 100計畫的首座二氧化碳結合電解製氫生成甲醇的示範工廠已正式營運，並採用新型催化技術，以因應可變負載的不穩定性。

3.高溫加熱
已有愈來愈多項目證明可在不同產業的製程中可使用氫氣進行加熱，包含鋼鐵、鋁、瀝青、光學玻璃、水泥等產業。例如，2023年9月，瑞典企業Ovako採用20MW電解槽生產氫氣，成功以氫氣在鋼材製程中進行加熱；2023年6月，挪威Hydro公司在西班牙的回收工廠測試利用氫氣冶煉鋁，後於2023年11月確認其所生產的鋁符合西班牙汽車公司Irizar用於電動車的要求。2024年4月，德國Schott公司首次以100%的氫氣成功生產光學玻璃，目前正在測試產品品質。

(二)交通應用-海運及空運
1.甲醇燃料
以甲醇為燃料的商船已通過驗證，2024年1月，世界上最大的甲醇動力船舶「Ane Mærsk」貨櫃船首航停靠於摩洛哥Tanger Med港，該船裝載能力為16,592 TEU。此外，2024年4月芬蘭Wärtsilä公司獲得中國最大的甲醇船舶訂單，將建造12艘24,000TEU貨櫃船，預計2026年交付。

2.氨燃料
氨燃料船舶尚未達商業階段，但氨燃料引擎相關測試已有進展，並預計在未來2年內應用於氨燃料船舶中。2023年11月，芬蘭Wärtsilä公司推出首款應用於小型船舶的四行程氨燃料引擎，並已與挪威船東 Eidesvik 簽約，預計將於 2026 年完成氨燃料改裝，成為全球首艘運營中的氨動力船舶。此外，另有兩艘中型的氨動力的天然氣運輸船正在韓國造船廠建造中，預計於2026年交付。德國MAN Energy Solutions公司2023年7月開始進行大型(50缸徑)的二行程氨引擎試驗，並已可減少90%的氮氧化物(NOx)排放，2024年4月已與多家日本公司合作建造氨動力的散裝貨船，目標至2027年實現商業化。

3.氫燃料
氫燃料電池的海運應用已得到驗證，且訂單數量正在成長，但氫引擎的海運應用仍處於早期階段。2024年3月，日本三井集團針對二行程船用引擎進行首次測試，並採用100%氫氣運作。
氫在航空應用處於早期階段，仍需大量的創新和示範，方能實現商業化應用。 美國ZeroAvia公司於2023年首次進行600 kW燃料電池推進系統的飛行測試，目標到2025年在商業航班上運載19名乘客。ZeroAvia 還規劃開發 2至5 MW 的系統，預計 2027 年推出可承載80名乘客的客機。此外，2024年4月，日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)投入130億日元(約8,700萬美元)，開發以液態氫為燃料的4MW燃料電池，目標到2029年使承載40名乘客的飛機至少飛行3小時以上。

(三)發電應用
1.氫燃料技術
2023年10月，由歐洲能源零件製造商和大學所組成的Hyflexpower計畫，成功展示使用100%綠氫燃料的12 MW燃氣渦輪機。日本NEDO、川崎重工和大林製藥已證明使用100%氫燃料以及新型低氮氧化物(NOx)燃燒技術(low NOx combustion)，可提高發電效率，同時降低氮氧化物排放。芬蘭Wärtsilä公司在2024年6月推出可轉換成100%氫燃料的發電機，可使用氫氣或天然氣，並預計在2025年投入商業應用，以提高電廠對不同燃料的適應性。

2.氨燃料技術
2024年4月，日本JERA公司進行為期3個月的大規模示範試驗，在1GW的燃煤電廠成功混燒20%的氨，測試結果顯示硫氧化物排放量可減少20%，氮氧化物排放量也低於燃煤電廠。在確保氨氣可穩定供應下，預計於2027年開始進入商業營運。另外，印度亦有1座330 MW的燃煤發電廠正在進行混燒20%氨氣的測試。