一、前言
在全球推動能源轉型的實務中，再生能源並無法充分滿足所有能源需求。國際能源署(IEA)2019年發佈「氫能的未來(The Future of Hydrogen)」，報告指出將既有工業港口建造成氫氣供應和需求的中樞、擴大氫氣的應用範圍與建立國際氫氣貿易的運輸路線為氫能重要的發展方向，而氫能與再生能源的應用也是未來能源領域達到零排放的發展重點。

全球到2030年須達到減少25%CO 2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。為此本文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，再釋放能量的過程。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：將電能轉換為氫氣後，再使用燃料電池進行儲存，最後釋放能量時會損失原始電能的70%。因此，氫能應用通常比直接生產的電力或使用天然氣更昂貴。因此，發展氫能產業初期常需要政府的支持與扶植，例如：政府預算資助、建立公私合夥關係。

(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)，並設有氫氣381個加氣站（2015年氫氣加氣站僅有80個）。目前政府(主要為美國、日本、歐盟、韓國、中國)投入研發氫燃料電池，也在過去五年中，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。

(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，例如：在航運或鋼鐵等產業中，能與氫能競爭的低碳技術很少；但是，運輸領域中將氫能應用在個人交通工具上，則需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生產綠色氫氣與研發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。

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3大工業用途是：煉油（33%）、生產氨（27%）、生產甲醇（11%）。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，在此過程中將再生能源的剩餘電能轉換為儲存在氫中的化學能，並在有電力需求的時候，將氫氣應用於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，因此特別適合用於大量生產氫氣 。

四、主要國家投入概況與國際合作
(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。

(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《國家氫能策略》，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企業已響應參與，並預計在西澳Pilbara地區興建發電廠生產氫氣。

(三) 氫能部長級會議(Hydrogen Energy Ministerial Meeting)
2018年10月本主辦了第一次氫能部長級會議，並發布了《東京聲明》(The Global Action Agenda of a Tokyo Statement)，將氫能應用分為研究、開發、試點、商業化四個階段。
2019年9月日本主辦了第二屆氫能部長級會議，有30多個國家和組織參加，致力推動擴大氫能應用，目標是在10年內建立1,000萬個氫動力系統10,000個氫氣加氣站。

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，歸納出以下臺灣氫能應用的發展建議：
(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。

參考文獻
1.TKI NIEUW GAS Topsector Energie (2020).Hydrogen for the Energy Transition..
2. Methane pyrolysis turns a grey resource into a green one.( Bio-based News,2020) https://reurl.cc/A8ODpd
3. 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