Frost & Sullivan在超過數百個技術中，依據智慧財產權、募資、市場潛力、主流趨勢影響、區域性的技術採用潛力、對經濟的衝擊、技術顛覆性與技術演進等指標，挑選出九大類領域中，最值得注意的50種科技。此報告論述九大領域發展趨勢，並依據2020-2021年的募資金額與2019-2021年的專利件數，自50種科技中挑選出4項最具科技發展潛力的技術，本文將摘述相關內容，以及其中一項技術–儲氫技術。此外，報告亦利用對產業的經濟衝擊與市場發展潛能選出5項最具市場吸引力的技術，相關內容請見下篇文章。

一、    九大領域重要發展趨勢：

(一)    資通訊：COVID-19改變了經濟與技術發展，遠距工作成為新商業常態模式的一部分，企業正以經驗而非節省成本的思考方式，重新擬定數位轉型與自動化策略。可組合性(Composability) 是讓企業具備敏捷性與效率的一種營運策略模組，少量程式碼或不須程式碼的平台代表企業不再仰賴IT團隊就能建構或是擴大能應用於全公司的解決方案。

(二)    醫療裝置與成像：新興與顛覆性醫療技術持續帶動全球醫療裝置與影像產業轉型，隨著消費主義(consumerism)在健康照護產業的發展，使醫療業更專注於開發以消費者或病患為核心的裝置，疫情更進一步促使消費型態轉變，如更重視定點照護(point-of-care)、非侵入性治療，以及病患友善的健康照護。此外，因數位與醫療科技發展、快速創新與病患行為改變，健康照護產業已從反應式醫療，轉為主動且精準的照護方式。

(三)    微電子(Microelectronics)：人工智慧(AI)、5G、物聯網(IoT)和大數據的大量資料，增加資料中心的負載量。因此，半導體製造商發展重點為將 AI 加速器或資料處理器(data processing unit)進行硬體升級；電子零件裝置製造商則致力於開發低功耗的晶片架構，以提高資料中心的運轉效率與能效。可透過以內嵌式的非揮發性記憶體(non-volatile memory)技術，如磁阻式隨機存取記憶體(Magnetic Random Access Memory, MRAM)與電阻式記憶體(Resistive Random Access Memory)，替換耗能的快閃記憶體，改善邊緣AI與物聯網裝置的能源效率。氮化鎵(GaN)逐漸被應用於電力電子和射頻通訊領域，GaN電晶體功率效率表現優於矽，已成為製造高效微型LED顯示器的重要材料。

(四)    感測器與控制儀器(Sensors and Instrumentation)：由於尺寸、重量與功率(Size、Weight、Power, SWaP)對感測器而言是相當重要的要素，因此，感測器目標主要是以小型化提高感測器效率、加速訊號發射、處理與回應時間，達極小化建置與組裝成本。目前光達影像感測器與積體電路(IC)都被納入智慧生活的解決方案，透過機器對機器(machine-to-machine, M2M)通訊與物聯網，讓消費者能獲得資訊並在任何位置皆可控制系統。感測器與致動器(actuators)持續改善，以實現第4等級與第5等級的安全自駕車，並改善交通流量與降低排放量。

(五)    化學與先進材料(chemicals and advanced materials)：企業永續發展包含減少碳排量、使用替代能源與電氣化(electrification )，皆需要先進的電池材料與碳捕獲及封存技術(Carbon Capture and Storage, CCS)。而循環與升級再造(upcycling) 技術使氣體捕集、聚合物、纖維與化學中間產物，在包裝、建築與營建、儲氫系統與公用事業應用中創造增值的機會。亦可利用高性能、多功能與輕型的混合材料延長零組件的使用壽命與減少浪費，以協助產業減少設備停機時間。另一方面，數位化與感知技術的進步，除縮短新材料技術商業化時間，同時提高廠商與顧客間的互動，尤其可使供應鏈能更精準追蹤商品所在位置、縮短商品在架上陳列的時間、減少廢棄物與材料循環。

(六)    先進製造與自動化(advanced manufacturing and automation)：COVID-19持續破壞供應鏈與原料物流，且使政府實施封鎖政策，這些問題將加速推動智慧製造。因此，為了達到具備機器人解決方案與AI功能的完全連接與自動化工廠目標，需要融合資訊、工程與營運相關技術。而工業物聯網讓工廠管理者能控制廠內每個環節，並仍保持敏捷以即時做出決策。此外，企業也正建構在地供應鏈與分散式網路，以因應COVID-19產生的問題。

(七)    環境與永續性：目前美國、中國大陸與歐盟等國家及產業，皆承諾以2050淨零排放為目標，並保證立即採取脫碳(decarbonization) 行動。除能源及交通產業將以藍氫和綠氫替代化石燃料外，CCS技術將有助於難以減排的產業達成排放減量，據統計全球CCS數量在2020年至2021年期間，成長48%，達到111公噸。此外，持續的人口成長將使淡水資源使用更為緊繃，應盡速在水資源輸配系統導入數位化，以及在供應鏈使用先進智慧量表、物聯網、感測器與虛實整合系統，減少輸配過程中的損耗。傳統的電池產業鏈(原物料開採、製造與回收)正面臨邁向至循環經濟的壓力，將透過回收廢電池中的鈷和鋰，補充原料供應量，其他產業亦尋求加強提高材料回收率的方法。

(八)    能源與公用事業：全球化石燃料的能源轉型，將提升再生能源的發電量佔比，然而，再生能源的間歇性需要配套輔助技術，如數位化、電網儲能以確保電網韌性。而下一代再生能源技術，如浮動式與無葉片之風力發電，或是第三代太陽能技術皆具有更可靠且有更高效率的發展潛能，可達成更低的年均化成本(levelized cost of energy, LCOE)，如鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite solar cell)的LCOE已可低於傳統以矽為主的太陽能電池。此外，過去幾年，因仰賴鋰離子電池作為儲能使用，引起產業擔心鈷和鋰原料的供應鏈問題，研究人員正開發無鈷且性能超越傳統鋰離子電池的技術，並設計電池管理系統以強化電動車與固定式儲能系統的性能與壽命。在氫能方面，除了作為燃料外，產業正研究如何用氫氣合成其他碳氫化合物燃料，用於永續航空燃油與再生天然氣，形成power-to-X的基礎。

(九)    健康與保健：COVID-19疫情與病毒變種，促使更先進RNA疫苗與類病毒顆粒(Virus-like particle, VLP)發展，市場上成功的兩個mRNA疫苗，讓產業有望見證更多新的疫苗製造與遞送方式，增強人工智慧(AI augmentation)將成為開發藥物、臨床試驗、診斷與生物製造(biomanufacturing.) 的驅動力。另一方面，精準醫療正快速發展，大規模、體學驅動(omics -driven)的研究和精確的臨床診斷將推動下一波創新浪潮，而不僅僅是用於癌症和傳染病，如將基因組編輯技術(例如 CRISPR-Cas9)等新型先進療法。許多的國家措施逐漸轉向預測與預防醫療照護，消費者導向的基因與微生物測試可預測疾病風險與評估整體健康，並提供預防疾病的策略性指南，技術進步實現了隨選(on demand)、高產量的合成DNA、RNA與寡糖，以及為了合作合成生物學建立數個Bio-Foundry，都有助於技術發展。

二、    最具科技發展潛力的四項技術

相關指標資料請參考圖一。

(一)    儲氫技術：氫能可解決傳統儲能系統的問題-低能量密度(energy density)、自放電率(self-discharge rate) 與充放電率限制，且因政府與廠商密集的資金投入，帶動儲氫系統的技術進展，2019年-2021年的專利數量即超過2萬件。
(二)    智慧植入(Implant) ：在2019年-2021年期間，與植入感測器、進階生物材料及AI生物分析相關之專利件數超過5萬件，顯示智慧植入產業有相當可觀的創新動能，這些智慧與互動裝置能提供個人化治療與診斷量能，並可應用於即時手術協助、遠端病患監測、藥物遞送、即早偵測被感染情況、植入失敗辨識。
(三)    先進RNA疫苗：COVID-19 的mRNA疫苗商業化引起許多人注意，配方策略與新型配送方式開發，將改善mRNA疫苗穩定性，以及提升在活體的穩定性與表現的RNA工程。未來將會進一步探索預防性與治療用途的先進RNA疫苗，包含自我擴增(Self-amplifying) 與環狀RNA(circular RNA)疫苗。
(四)    碳捕獲及封存技術：從排放源捕獲被排放的碳，並將碳永久儲存在地底或深海的地質構造中的技術，預期將成為工業脫碳的一種重要方式。全球密集的研發資金投入(特別是歐洲)，促使2019年-2021年全球專利數量超過2,000件，將推動此技術進一步進展。

三、儲氫技術

氫氣是一種潔淨能源，在所有化學燃料中具有最高的質量與能量密度，然而氫能每單位體積所含能量相當低，故應提高儲存密度以使氫能儲存具經濟可行性。目前儲氫技術主要以氣態形式儲存在加壓容器中、液態形式儲存在低溫容器、透過以化學等方式吸附或吸收，並可透過管道運輸外，亦可藉由液態氫、液態有機氫載體(liquid organic hydrogen carriers, LOHC)、氨、金屬氫化物和二氧化碳氫化等形式，進行長途運輸及長期儲存，如圖二。

(一)    主要技術：

1.    物理性儲氫 ：氫氣壓縮、液化與凝結的儲氫技術。壓縮氫氣儲存系統由儲存容器(鹽洞、開採完的油田與天然氣田或金屬容器)與壓縮機組成，壓縮範圍約1-700bar。其中管道儲存是目前最可能大規模儲氫的方式，預計每公里可儲存2噸氫。而液態氫雖具大量儲存與運輸的效益，但在液化過程中，需透過液態氮蒸發預冷氫，是相當耗能的過程，致使最終儲存效率僅35-40%。
2.    化學氫能(Chemical Hydrogen)：化學氫能通常為液態，方便運輸與儲存。主要透過使用綠色氫生產化學品(如再生甲醇、氨和甲酸)，以減少化學品生產所使用的化石燃料，其中氨(NH3)具有最高的氫密度，最終儲存效率可達35-40%，被認為是最適合儲氫的化學氫化物。
3.    吸附(Adsorption) ：利用物理吸附可將氫儲存在多孔和固體材料表面，如石墨烯與其他碳結構、多孔聚合材料、金屬有機骨架( Metal-organic Frameworks, MOFs ) 和沸石(zeolites)。在零下196℃且10到100巴(bar)的高壓下，可吸附大量的氫，不過目前仍停留在實驗室測試階段。
4.    金屬氫化物(Metal Hydride) ：藉由金屬氫化物將氫氣轉化為固體儲存，每單位體積儲存容量高且安全，並透過加熱可釋放高純度的氫氣，不過技術尚處於初期開發階段。
5.    液態有機氫載體(Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) ：以化學鏈結氫形成一種有機油狀物質，可長期儲存在槽內並進行長途運輸，並藉由加熱釋放氫氣，每公升 LOHC 儲存的氫能約可提供 1 kWh 電和 1 kWh 的熱能。二芐基甲苯(Dibenzyltoluene)是LOHC中最具發展潛力的儲氫載體，最終儲氫效率約為25%。

(二)2019-2021年專利：

儲氫專利數量從2019年的6,492件，增加至2021年的7,182件，以區域來看，中國國家知識產權局占比最高，達43%，次之為美國專利及商標局，如圖三。主要專利權人包含：沙烏地阿拉伯國家石油公司(Saudi Arabian Oil Company)、法國液空集團(Air Liquide S.A.)、荷蘭商薩比克環球科技公司(Sabic Global Technologies B.V. ) 、中國石化、德國巴斯夫(BASF SE)。

(三)各地區採用概況：

1.    北美：2021年之前，美國約有3個鹽洞儲氫專案，加拿大則有1個氫氣與天然氣混合專案，並獲得加拿大能源巨頭Enbridge與Cummins的520萬美元資金。
2.    歐洲：在歐盟政府倡議下，歐洲是儲氫計畫的領導者，在2021年有9個鹽洞儲氫專案，示範計畫分別在英國、德國、法國、荷蘭、瑞典和奧地利。此外，歐盟亦推動天然氣與氫氣混合，如法國GRHYD計畫與英國HyDeploy計畫，已達到2020年混氫比例20%的目標。
3.    亞太地區：亞太地區將可看到顯著的氫能儲存佈建，主因中國大陸、南韓與日本利用氫生產甲醇的數量增加，且在中國大陸、印度與印尼對氨的大量需求，同時在綠氨產品規範要求下，推升了儲氫需求。日本2019年則推出HySTRA的液態氫運輸示範計畫。