一、前言

全球到2030年須達到減少25% CO2排放量的目標，而氫氣可作為再生能源的能量載體，在生產方式上，可透過低碳甚至是脫碳的方式生產(目前市場中已發展出可透過再生能源、核能、天然氣和石油等多種方式製氫)；在運輸的形式上，氫氣可透過管道以氣體形式進行運輸，也可藉由航運的以液體形式運送。
此外，氫氣的應用範圍包括：與二氧化碳結合生成甲烷，為工業生產過程供熱；氫氣燃料電池可作為於燃料電池車(FCEV)的動力來源，也可作為純電動車的輔助動力來源，以減少交通運輸工具對化石燃料的依賴。由於氫能生產技術成熟且用途相當廣泛，氫能應用已然成為能源市場中具高度發展潛力的領域(如表一)。文章綜整氫能全球市場發展趨勢、重要技術發展與主要國家投入概況，再參照台灣的能源政策和實際發展情況歸納出氫能應用的發展建議。

二、全球市場發展趨勢

(一) 關鍵問題：成本
由於氫氣不是可直接利用的能源，而是化學能量的載體，應用過程需經過轉換、儲存，再釋放能量。而能量形式轉換的過程中不可避免的會產生能源效率的耗損，例如：將電能轉換為氫氣運輸、儲存，再使用燃料電池轉回電力使用，因此將會損失70%的原始電能，故氫能轉換電力使用通常比直接使用電力或天然氣更昂貴。然而氫能的應用範圍相當廣泛，發展前景相當具有潛力，除了現有的工業應用外，氫能也可應用於運輸取代化石燃料、替代部分天然氣進行供暖，以及在能源密集型產業取代化石燃料，降低二氧化碳的排放量，因此用氫電模式的混合應用比僅採電力應用的方式可有效降低成本，且預估每年可為節省數千億歐元。

(二)全球推動氫能的成效
目前由政府驅動的氫能產業應用，在運輸業已漸有成效。現今全球使用中的氫動力汽車約有11,200和20,000輛氫燃料電池堆高機 (Hydrogen Forklift Trucks)，並設有381個加氫站（2015年加氫站僅有80個）。目前美國、日本、歐盟、韓國、中國正積極投入氫燃料電池的研發，在過去五年中已降低50%以上的生產成本(現在生產成本為2005年生產成本的3%)。同時，氫燃料電池的耐用性已可以延長到10,000小時。此外，藍色氫氣的市場亦不斷成長，目前碳捕集、再利用與封存(CCUS)為最具成本效益的低碳製氫技術，亦可使一些工業應用達到脫碳的目標，故以下將進一步介紹 CCUS製氫的應用。

(三)碳捕集、再利用與封存(Carbon Capture Utilization and Storage, CCUS)技術的擴大應用
自2000年開始，美國與歐盟已有9個CCUS製氫設備開始營運。尤其在美國和歐盟，許多煉油廠已經安裝CCUS製氫設施。此外，氫能在許多領域具有發展潛力，包括工業應用、運輸、供熱，以及在能源密集型的產業替代化石燃料。但是，氫能與其他低碳技術的競爭程度在不同領域中各有所不同(如表二)，例如：在航運、海運或鋼鐵等產業中，可與氫能競爭的低碳技術很少；但是，若將氫能應用在個人交通工具上，則將面臨許多競爭性的低碳技術。儘管如此，國際通商法律事務所( Baker McKenzie )預測到2030年包括使用CCUS技術的低碳氫氣市場規模可達到250億美元。

(四)未來氫能市場發展重點：擴大市場需求 
過去日本、澳洲、歐盟等政府將大部分資金用於研發與生產綠色氫氣在運輸業的應用技術，隨著技術逐漸成熟，擴大氫能市場的需求成為發展重點。根據國際能源署(IEA) 2020年提出的「氫能的未來(The Future of Hydrogen)」報告，列出未來氫能的市場發展重點：

1.將既有工業港口建造成氫氣供應和需求的中樞
許多使用化石燃料的煉油廠和重工業多集中在世界各地的沿海工業區，例如歐洲的北海、北美的墨西哥灣沿岸和中國的東南沿岸。除了提供優惠鼓勵這些工廠轉向以氫氣生產降低碳排放之外，生產的氫氣還可以為港口的船舶和卡車提供燃料，並可擴展將氫能應用於附近的其他工業設施（如鋼鐵廠）。
2.在天然氣管線中注入氫氣擴大氫氣需求
以現有天然氣基礎設施為基礎，例如在數百萬公里的天然氣管線中注入氫氣並提供給住家使用，進而提高對氫氣的需求並降低成本（現有的天然氣基礎設施內可混合至少10%的氫氣）。
3.建立國際氫氣貿易的運輸路線
透過建置氫氣進出口基礎設施，建立氫能貿易的國際運輸路線，此外也可參考全球液化天然氣市場成功發展的經驗推動國際氫氣貿易。
4.促進燃料電池車輛在車隊、貨運和物流方面的競爭力
透過氫能供應、車輛加氫及製造幾種具有成本效益的燃料電池車輛類型，以促進燃料電池在車隊、貨運和公路運輸方面的競爭力。

三、重要技術發展

2018年氫能工業應用總需求約為1.15億噸（氫氣直接應用占60%、氫氣燃料占40%），約相當於1,355億美元的市場價值。到2023年，工業對氫氣的需求預計將增長到1,991億美元。現今氫能的前4大工業用途是：煉油（33%）、生產氨（27%）、生產甲醇（11%）及鋼鐵廠用於直接還原鐵(3%)。但是目前大部分氫氣生產都是透過化石燃料，使用低碳技術CCUS製氫僅占全球天然氣需求的6%。因此，未來的技術發展重點為推動低碳，甚至是脫碳的製氫技術，包括3種主要生產技術：

(一)利用再生能源發電生產綠色氫氣
例如利用太陽光電與風力發電的剩餘電力電解水進而生成氫氣儲存，並在有電力需求的時候，再由氫燃料電池發電或成為工業供熱的能量來源，藉以提升再生能源的靈活性。

(二)透過天然氣與CO 2的儲存或轉化為固體碳，進而生產藍色氫氣
從目前的技術發展程度而言，由於藍色氫氣的製程較具成本效益，對整體供應鏈的影響也較小，因此藍色氫氣在未來幾年可能具有優勢。

(三)甲烷熱裂解(Methane Pyrolysis)製氫
將甲烷加熱到800-1000°C(也可加入化學催化劑)進行熱裂解反應，可生成高純度的氫氣。此技術相當成熟且生產成本低，是目前市場中最具成本效益的低碳製氫技術，但過程中會產生大量的二氧化碳(CO2) ^[註1]。

四、主要國家投入概況 

(一)日本
2019-2020編列國家預算163億日元（約新台幣44億9,345萬）建立氫能產業的供應鏈，2019年3月日本通過了一項新的「氫能戰略路線圖」，發展氫能核心技術，並致力於2050年將脫碳氫氣的生產成本降低十倍，以實現氫能社會的目標。同年9月更確立燃料電池技術、氫能供應鏈、電解水技術三大優先發展領域 ，及10項重點項目如固態高分子型燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC或PEFC)車輛、定置型固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)、周邊組件及儲氫罐、低成本高效率之大規模的產氫設備、運輸/儲存技術、氫能發電、加氫站、電解水技術、工業應用及非延續型的創新技術^[註2]。

(二)澳洲
2019年5月澳洲政府透過1500萬澳幣(約新台幣3億1932萬)的產業發展基金，建置氫氣生產工廠及設備，並進行可行性研究。同年11月澳洲政府發布《國家氫能戰略》，提出57項發展措施，並挹注3.7億澳幣(約新台幣78億7,648萬)推動澳洲氫能產業。此外，澳洲可再生能源局（Australian Renewable Energy Agency, ARENA）投入超過4,400萬澳幣(約新台幣9億3,659萬)於氫能技術的研發和試點。
此外，澳洲國家大學(Australian National University, ANU)能源變遷研究所亦於2019年開始進行為期5年之「亞太地區零碳排放能源研究計畫」(Zero-Carbon Energy for the Asia-Pacific Program 2019-2023)。該研究計畫包括氫能燃料與再生能源電力系統等領域。目前CWP Renewables企業(再生能源開發商)已響應參與，並預計在西澳皮爾布拉(Pilbara)地區興建發電廠生產氫氣。

(三)歐盟
歐洲投資銀行(European Investment Bank, EIB)2019年11月14日公布能源貸款政策，以支持能源轉型並促進低碳排氣體(如氫氣)的生產。此外，2021年歐盟將擬訂新的氫能合作計劃，致力於研發氫能應用與發展，並投入100億歐元的歐盟排放交易體系(European Union Emission Trading Scheme, ETS)創新基金資助氫能市場的創新應用，用於支持能源密集型的工業、儲能及CCUS氫能應用的創新與研發。

五、結論

綜合國際市場趨勢、主要國家發展經驗以及我國氫能政策與技術發展，歸納出以下可為我國研擬氫能應用發展之參考

(一)創造生產氫氣的供應鏈
以低碳、脫碳技術生產氫氣，仍需政府透過政策來建立支持市場，以政策工具建立誘因吸引生產者、營運商甚至是使用者的投資。

(二)支持研發以降低成本
研發是氫能應用降低成本和提升生產效率的重點，關鍵應用技術包括燃料電池、氫能燃料和電解槽（水解製氫的技術）。

(三)與國際接軌
加強國際合作，尤其是在生產標準、認證制度，經驗共享與建設跨國基礎設施等方面的合作。此外，也需要定期監測氫能的生產和使用狀況，與時俱進調整政策目標與產業發展計畫。

註1: Methane pyrolysis turns a grey resource into a green one.( Bio-based News,2020) https://reurl.cc/A8ODpd
註2: 水素・燃料電池技術開発戦略.(水素・燃料電池戰略協議會議, 2019) https://www.meti.go.jp/english/press/2019/0918_001.html