綠氫是什麼？為何如此重要？要多久才能普及？

氫氣理論上是一種完美的燃料，擁有優秀的能源效率而且不會有碳排放，但就如同電力一樣，如果來源本身不乾淨，整體減碳效果就不會好，因此綠氫（Green Hydrogen）成為接下來 10 年的運輸產業關鍵。

綠電是用可再生能源產生的電力，同樣道理，綠氫就是由可再生能源產生的氫氣，和目前市面上透過化石燃料產生的氫氣有所區別。綠氫基本上是透過水電解產生，在電解槽內具有多個電芯（cell），每個電芯包含了兩個電極（陰極和陽極），中間由電解質、傳輸層和雙極板（bipolar plate）隔開。傳輸層協助氣體與液體在電解槽內有效流動到正確方向，雙極板則負責引導電流，電極負責催化反應，電解質則負責讓離子有效傳輸。

電解槽內有多個電芯模組，電解槽外則要有對應的淨水系統、冷卻系統、電力管理和氣體處理系統，每個系統都要發揮各自效用，才能讓綠氫生產效率最大化。

四種水電解方式

前面提到的是基礎概念，但實際運行時各家廠商各有法門，目前已經有 4 種主要的電解技術，各自以他們分解水分子的方式命名。最早開始使用，技術也最成熟的是鹼性水電解（AWE），使用鹼性溶液做為電解質，它的系統可靠、金屬組件成本較低，並且有大規模應用成績，是目前最廣泛佈署的系統。

質子交換膜（PEMEL）則是較新的技術，它使用固體聚合物膜做為電解質，搭配電流輸入波動較大的可再生能源時，反應比鹼性水電解更快，運行電流也更高，可以在高壓狀態下產生純氫。

▲ 西門子的質子交換膜電解槽，大約 10 公升純水能夠生產 1 公斤純氫。（Source：Siemens）

陰離子交換膜（AEMEL）則是結合了鹼性水電解與質子交換膜技術，同樣使用固體膜取代液態電解質，但一樣傳導負離子。這種技術保留了固態膜的優點，卻又不必依賴貴金屬做為催化劑，而達到降低成本功效。

和前面三種技術都不相同的固體氧化物電解（SOEC），則採用陶瓷膜，系統在攝氏 700～1,000 度的高溫狀態運行，特殊之處在於它能夠運用其他工業設施的廢熱來生產氫氣，創造更高的效率，這項技術已經成功在火星中試用，利用火星大氣中的 CO2 運行。

AWE 和 PEMEL 是目前商業運轉中的主流，但為了降低電解製氫成本，AEMEL 和 SOEC 則被視為綠氫製程的明日之星。

綠氫的優點與挑戰

做為化學原料和零碳排能源，綠氫可以替現有的產業達成減碳任務目標。做為電力使用時，氫氣與電池不同，它一方面可以替工業製程提供高溫能量，一方面它可長期儲存，擁有豐沛可再生能源的國家，可以將電力轉換為氫氣之後成為新的出口資源。

IDTechex 分析師認為，在 2030 年前，綠氫主要採用者會是現有的工業氫氣用戶為主，像是肥料、煉油、化學製造商等，藉此達成減碳目標。在 2030～2040 年這段期間，鋼鐵廠和重型運輸，會成為綠氫的主要需求用戶，特別是在長途運輸領域，像是貨輪、重型卡車，氫能可以提供比純電更遠的續航和更快的充能速度。

隨著進一步的技術發展，2040 年後綠氫才會更大規模進入電力產業，構建能源儲存設施，甚至提供航太領域使用。

現階段由於規模小，綠氫成本依然是灰氫的 3～7 倍，但隨著中國、美國、歐洲都陸續推動大規模綠氫生產計畫，許多港口也開始佈建基礎設施，預計到 2034 年，水電解技術市場產值將達到 700 億美元，並且逐漸成為重要的能源方案。

（首圖來源：Alfalaval）