一、前言
由於氫氣具備解決氣候危機以及提升能源安全和彈性的潛力，因此全球氫能市場正積極擴展，未來零碳和低碳氫將成為實現永續、公平潔淨能源的關鍵因素。鑑此，美國於2021年11月通過兩黨基礎建設法案(Bipartisan Infrastructure Law, BIL)，提供美國能源部（Department of Energy, DOE）95億美元發展潔淨氫能，並在2022年8月通過的降低通膨法(Inflation Reduction Act, IRA)中制定氫能的生產稅收抵免等政策及激勵措施，進一步推動美國氫能市場發展。

美國能源部提出潔淨氫能應用的階段性目標如下：到 2030年達每年10 MMT(Million Metric Tonnes)；到2040年達每年20 MMT；到2050年達每年 50 MMT。預計到2050年，潔淨氫能應用可較2005年降低美國10%的排放量。DOE潔淨氫策略和路線圖草案提出3個關鍵策略，確保開發和潔淨氫能應用可作為有效的脫碳工具，並為美國帶來最大利益。

二、潔淨氫策略和路線圖草案的3個關鍵策略
（一）策略聚焦最具效益的終端應用
DOE潔淨氫能策略主要聚焦於缺乏替代方案的終端應用，並避免與低成本的高效脫碳技術（例如：電氣化）競爭，以協助相關產業建立氫能應用市場、實現規模化，並同時提升效益及降低成本。

1.工業應用
在全球範圍內，工業係能耗最大的終端應用產業，占能源總需求的38%。根據國際能源署（IEA）的報告，2020年所有產業的氫氣需求量為90 MMT，其中工業的氫氣需求量為51 MMT。
(1) 煉鋼
目前常見的煉鋼技術為轉爐煉鋼（Basic Oxygen Furnace, BOF）及電弧爐（Electric Arc Furnace, EAF）煉鋼。BOF技術煉鋼製程中，需在高爐中用焦炭還原鐵並用氧氣進行精煉，若在此製程中可使用潔淨氫氣作為還原劑，以取代焦炭或天然氣，可降低生產初級鋼碳排放量的40-70%。

(2) 化學產品
在美國傳統的氨和甲醇工廠中，主要利用天然氣蒸汽重組（Steam Reforming）技術生產合成氣，再轉化為氨或甲醇。而上述2種化學產品的天然氣蒸汽重組製程皆可選擇採用潔淨氫氣替代，以進行脫碳。

目前DOE支持潔淨氫氣應用於化學產品的主要措施為評估生產氫氣載體（包括甲醇、氨）的成本和生命週期排放。此外，DOE能源高等研究計劃署（Advanced Research Projects Agency–Energy, ARPA-E）亦正資助創新的製氨技術及擴展氫氣製氨系統。

(3) 工業製程加熱
美國製造業能耗最大的關鍵環節為製造過程中的加熱，礙於成本因素，目前加熱方式以燃燒化石燃料為主。目前可行的脫碳選擇方案包括電氣化（適用於<300°C的加熱製程）；結合碳捕獲技術（Carbon Capture and Storage, CCS）技術；使用低碳熱源，例如太陽熱能或核能；以及使用純氫或氫氣和天然氣的混合物（適用於＞300°C的高溫製程，具應用潛能的產業包括煉油業、化學工業、水泥業及煉鋼）。

此外，採用再生天然氣為脫碳的另一種方法，且具備與現有基礎設施完全兼容的優勢。目前DOE已投入利用氫氣和二氧化碳生產再生天然氣的研發，且在加州東北部已有商業化應用的佈署。而DOE的另一個計畫為HyBlend計畫，則正在進行與氫氣混合的再生天然氣生命週期分析。未來將透過跨機構、跨州際方式合作，制定氫氣混合至天然氣管道的注入標準及混合上限，並評估將天然氣基礎設施用於氫氣的可能性。

2.運輸業
運輸業約占美國溫室氣體排放量的30%，其中58%來自輕型車輛，輕型車輛發展方向為推動電池電氣化，但長距離行駛及重型負載的運輸載具則較適合採用氫和燃料電池。
(1) 中重型卡車（Medium- and Heavy-duty, MDHD）
中型和重型卡車約占運輸業排放量的20%，DOE 正致力於研發安全且具成本效益的技術，以減少卡車和公車的排放量。其中電池和燃料電池皆為卡車運輸脫碳的關鍵技術領域，尤其燃料電池特別適合應用於重型卡車或超過500英里的長距離行駛。

此外，DOE於2020年推動百萬英里燃料電池卡車聯盟（Million Mile Fuel Cell Truck Consortium, M2FCT），旨在提高長途重型卡車燃料電池的耐用性、性能及降低成本。其中氫燃料電池卡車項目計畫預計在未來5年內推出示範型的中重型氫燃料電池卡車。

(2) 海運
除了公路車輛外，海運亦有氫能應用的發展機會。尤其從2020年開始，國際海事組織（International Maritime Organization, IMO）更新船用燃料的排放法規，將硫含量限制從3.5%調降至0.5%，在排放管制區（包括美國和歐盟的沿海地區）標準更降至 0.1%。隨著法規要求愈趨嚴格，氫氣及氨、甲醇等氫氣載體，因而成為具吸引力的船用燃料替代品。此外，將氫能應用在港口拖車、貨運等用途亦可減少二氧化碳和溫室氣體排放量。

DOE與海運主管機關（Maritime Administration, MARAD）合作，在過去10年研發並展示氫能和燃料電池的海運應用，例如：用於替代柴油發電機的輔助動力氫燃料電池。

(3) 空運
在COVID-19大流行前，航空業約占美國交通排放量的11%。美國致力於部署永續航空燃料（Sustainable Aviation Fuel, SAF），在2021年DOE、美國交通部（United States Department of Transportation, DOT）和美國農業部（United States Department of Agriculture, USDA）共同推動全國性的SAF應用，以降低成本並擴大SAF的生產及應用。與傳統燃料相比，採用SAF可減少50%以上的空運溫室氣體排放量。此外亦設定到2050年滿足100%的航空燃料需求的目標，此目標也成為未來航空產業對氫能需求的基礎。

3.電力產業
隨著再生能源發電不斷成長，氫可作為長期儲能、電網服務，或供應其他部門作為備援電力或燃料。
(1) 備用電源及固定電源
燃料電池的備用電源和固定電源可取代柴油發電機，提升醫院和數據中心等供電關鍵設施的彈性。此外，亦可應用於微電網，提供偏遠地區穩定、可靠的電力。

目前DOE投資研發項目包括：透過高溫燃料電池生產電力、熱量及氫氣；展示應用於數據中心的氫燃料電池；降低燃料電池成本和提高耐用性，並部署數百個燃料電池作為備用電源。

(2)儲能
目前主要係透過抽水蓄能進行儲能，可釋放＜12小時的電力；而鋰離子電池則為市場中成長最快的儲能形式，但放電持續時間＜4小時。隨著電網逐漸轉為100%潔淨電力，將需要更長持續時間的儲能技術。

大規模的氫氣儲存系統係利用電網的多餘電力電解生產氫氣後將其儲存，並在高用電需求時利用氫氣發電。氫氣儲能的大規模部署需要降低電解槽和燃料電池的成本，並研發氫輪機的低氮氧化物燃燒技術，以及不受地區限制的新型低成本大容量儲氫技術。DOE因而建置國家實驗室測試設施，以展示和測試與各種電力集成的電解槽性能。

2022年，DOE貸款計劃辦公室（Loan Programs Office, LPO）承諾為潔淨能源儲能項目提供約5億美元的貸款擔保，旨在發展長期季節性儲能技術。實例包括猶他州的Delta工廠結合220 MW的鹼性電解槽與鹽穴儲能，以氫作為能源載體進行能源轉換和儲存。

（二）開發永續及韌性的供應鏈
2021年美國開始推動Hydrogen Shot計畫，旨在促進潔淨氫能創新和規模化（包括解決關鍵材料和供應鏈漏洞，並針對效率、耐用性和可回收性進行設計），以帶動私部門投資支持整個氫能供應鏈發展，進而大幅降低潔淨氫能成本，預計在10年內降低80%潔淨氫能成本(約1美元/公斤)。

（三）建立大規模的區域性氫能網路
初期需先建立大規模的關鍵基礎設施(包括建置區域性的潔淨氫能中心)，以擴大潔淨氫能規模和終端應用，促進市場發展並創造就業機會。

三、小結
美國政府的長期能源策略中，潔淨氫能具備高度發展潛力，將成為美國脫碳過程的關鍵所在。而政府行動可支持並促進整個價值鏈的潔淨氫能投資，DOE亦透過政策擬定、財政激勵、貸款等多種政策工具來加速推動潔淨氫能的部署及應用，在短期、中期和長期不同階段中集中投資並採取行動，以擴大潔淨氫能應用並降低成本。