一、前言

持續的氣候危機加上COVID-19大流行，促使許多國家採取綠色振興（Green Recovery）措施和政策，成為推動全球能源結構轉變的重要契機。截至2020年12月，已超過120個國家－占全球溫室氣體（Greenhouse Gas, GHG）排放量近三分之二－宣布實現淨零排放(Net-Zero Emissions, NEZ)承諾。因此，各國紛紛從化石燃料轉向再生能源，並透過零碳電力（Zero-Carbon Electricity）電解水產生的綠氫，以促進終端應用行業的脫碳。

二、全球綠氫的市場預測

目前，綠氫占全球氫氣生產的比例不到1%，然而，隨著生產技術成本下降，綠氫被各國評估為最具長期發展潛力的綠色能源。根據國際可再生能源機構（International Renewable Energy Agency, IRENA）預測，到2050年，全球30%的電力將用於生產綠氫及其相關應用。意味全球每年需要近21,000TWh的再生能源電力供應，方以滿足終端應用行業電氣化和全球綠氫供應鏈發展的需求。因此，投資電解槽製氫，藉以提高產能滿足市場需求，並透過研發新技術降低成本、提升競爭力，將成為全球綠氫供應鏈的重要發展方向。

此外，氫能委員會（Hydrogen Council）在調查200多個綠氫項目後，預估到2030年綠氫的總投資將超過3,000億美元。到2030年，IRENA行動聯盟（IRENA Coalition for Action）也將共同開發至少5GW的電解產能和250GW的再生能源發電產能（相當於2020年全球再生能源發電量淨成長261GW）。

其IRENA行動聯盟主要發展方向包括：

（1）向工業承購商出售綠氫；

（2）優化電解槽－再生能源混合解決方案以降低成本；

（3）透過提供電網輔助服務（Ancillary Services）以獲得收入。

從全球綠氫市場的長期發展而言，資誠聯合會計師事務所（PwC）估計，到2050年綠氫出口的市場價達3,000億美元/年，而高盛（Goldman Sachs）則預計2050年綠氫的應用市場將達10兆美元。

三、終端應用技術發展

(一) 電力負載平衡：維持電網彈性和運作的穩定性

1.儲能技術

在淨零排放的趨勢下，太陽能和風能容量快速擴張，導致許多電網中再生能源壅塞的情況越來越多。再生能源棄電主要可分成3種機制：經濟棄電、自行調度削減和特殊調度，透過要求特定的再生能源發電廠減少能源輸出，以解決電網中再生能源壅塞問題。尤其在美國中西部地區，由於市場需求和負載容量有限，當生產的風電過多且電網傳輸容量不足時，零碳電力的價格(此為負載中心的收入來源而非成本)可能降到非常低甚至為負。此外，加州在COVID-19大流行期間，企業和餐廳的電力需求受到社會社交安全措施影響而大幅下降，也導致再生能源限電率創下歷史新高。上述情況成為低成本的綠氫提供市場發展機會，更可將綠氫出售至鄰近市場並進行儲存，或於需求上升時再行供電，皆有助於擴大綠氫的供給和應用。

另一方面，再生能源發電的間歇性仍然是能源轉型的主要挑戰，需要藉由儲能技術以維持電網穩定性。目前，鋰離子電池的成本持續下降並可提供4 -6小時的儲能時間，但若要大規模且長期儲能的部署，尚有自放電、功率耦合及儲存能量的規模等技術問題待克服。因此，對於長期大規模儲能應用而言，綠氫的生產和儲存較電池儲能更具成本競爭力。例如，美國猶他州開發利用鹽穴儲存綠氫，其儲能容量是大型鋰離子電池儲能系統總容量的150倍(相當於儲存數個月的電力)。

2.製氫技術

現今透過電解製氫的技術已相當成熟，但大規模的商業應用才剛開始發展。許多大規模製氫方法受到高成本和經驗不足的限制，進而影響綠氫部署的速度和規模。此外，綠氫技術的創新仍需擴大投資，並進一步開發和示範能降低成本和提高性能的工程和技術。例如表一，尚屬於低TRL的固態氧化物電解電池(Solid oxide electrolysis cell, SOEC)技術，主要在發展催化劑和特殊材料，以降低製程中的能源需求進而降低成本（例如，光觸媒材料或陶瓷薄膜）；而較高TRL的電解技術，其創新重點則為低成本製造以及系統平衡與優化。目前，美國和歐盟已開始增加投資計畫，但要實現綠色氫能的規模化商業部署，預計還需要增加數十億美元的投資。

(二)替代燃料：替代石油、天然氣、煤和生質物等含碳燃料以減少碳排放

為了降低發電時的溫室氣體排放量，全球公用事業部門主要將氫氣直接注入以天然氣為燃料的渦輪機進行發電，或是在燃煤發電廠中，直接使用氫氣替代煤炭。此外，將氫氣混入天然氣中亦被視為擴大氫能終端應用的重要途徑，其效益如下：

(1)可減少低碳製氫的成本，利於擴大生產綠氫

(2)可發展更廣泛的應用

(3)沿用既有的天然氣基礎設施，大幅降低氫氣基礎設施的成本

根據國際能源署(IEA)2019年的評估，以5%的綠色氫滲入天然氣中，將可減少2%的二氧化碳排放量。在產業方面已有GE、西門子（Siemens）、BakerHughes、三菱和 Solar Turbines等企業，將氫氣5-100%的氫氣滲入天然氣渦輪機或天然氣管道中進行測試。而歐洲和美國近幾年亦對天然氣基礎設施進行改造，迄今氫氣滲入天然氣中的應用已相當廣泛，例如建築供暖、發電和化學合成（例如，甲烷、氨和甲醇）。許多國家也已經訂定相關法規標準，例如荷蘭、德國、法國和西班牙等歐盟國家的混合比例可高於5%，但大多數國家限制<2%。根據美國國家再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)研究顯示，於天然氣基礎設施使用混合低於15- 25%的氫，不會對終端用途產生重大風險，且可確保混合氣體的安全。此外，倘若全球都將混合比例限制設定在5%的範圍內，至少可促使再生能源發電容量增加1倍，大幅增加再生能源的安裝和使用。

四、IRENA對綠氫發展的建議

 (一)盡速制訂國家綠氫的策略性計畫

迄今僅不到五分之一的國家提出氫能發展策略，因此建議各國可將綠氫計畫納入其國家自主減量貢獻(Nationally Determined Contributions ,NDCs)中，並加以修訂。此外，在制訂國家氫能行動計畫和路線圖前，應先評估未來的市場需求，促進綠氫產業的長期發展。

（二）實施財政政策和激勵措施

為加速綠氫技術的創新和部署，在綠氫相較於其他能源具有成本競爭力之前，國家需擬訂相關財政政策和激勵措施(圖一)。在短期內，建議國家提供工業部門針對性的財政支持，將現有碳排放量較高的工業製程轉為使用綠氫作為能源來源。其他可運用的財政措施包括實施補助或貸款等財政措施、降低融資項目的成本，或是採取租稅減免的激勵措施。

（三）開發綠氫樞紐

在短期內，政府應與工業界、學術界合作開發綜合綠氫中心，將綠氫的生產、儲存、分配以及消費集中在一個地理區域。透過建立生產者和消費者間的夥伴關係，可預先確定綠氫生產的承購商，進而降低風險。此外，開發綠氫樞紐亦可減少長途輸送氫氣的基礎設施需求。除了國內生產之外，也可盤點現有的基礎設施（氫氣輸送管道和航運）資源，再策略性設置綠氫樞紐，以利發展綠氫輸送和出口的市場發展策略。

（四）加強國際合作

透過加強國際合作，以及建立產、官、學間的夥伴關係，加速綠氫的應用，並開創快速脫碳的綠氫解決方案。合作重點包括研發綠氫相關技術；建立國際綠氫認證標準和共同協議；促進綠氫的國際貿易，並完善綠氫的國際供應鏈。