氫能是潔淨能源的希望，但氫氣易燃，運輸儲存皆不易，十分仰賴技術創新提出解決之道。工研院投入「低溫高效氨裂解產氫技術」，為氫輸儲難題帶來一線曙光。而「氫氣健康安全監測解決方案」與「氫氣計量與洩漏監測技術」，則能精準偵測出氫氣洩漏並預測設備異常，大幅提升氫應用的安全性。
全球加速邁向淨零排放，各國都將氫能視為淨零達標的重要助力。彭博新能源財經（BENF）統計，截至2024年3月，全球已有53個國家發表氫能戰略政策，累計投資金額達3,630億美元，顯見各國對氫能的高度重視。其中，綠氫因依賴再生能源電解水產氫，成為長期發展重點，預計2030年全球潔淨氫（Clean Hydrogen）供應占比將快速增長，綠氫可望突破50%。
工研院產業科技國際策略發展所研究經理石蕙菱表示，主要發展國家主要依據自身產業能量、技術發展階段與地理條件，發展出不同的氫能戰略。國際再生能源機構（IRENA）研究顯示，到2050年，製氫成本需低至每公斤1.5美元以下，才能保持出口競爭力。其中具有出口潛力如澳洲、印度與智利等國可能成為出口者，其他國家則可能仰賴氫貿易與跨國氫輸儲系統，以氫或其衍生物進口來穩定供給。
氫輸儲仍有待技術突破與成本下降
氫的低密度和大體積導致高昂的輸儲成本，當前作法包括氣體壓縮、液化或轉換為甲基環己烷（MCH）、氨或甲烷等氫載體（hydrogen carrier）來提升運送與經濟效益。石蕙菱指出，氣態氫為最基本形式，用於各種應用。液氫需冷卻至-252.8℃，能源消耗高且隔熱裝置成本也高，但已有示範中的氫運輸船，成功將液氫從澳洲墨爾本運往日本神戶，顯示長距離運輸的可行性。固態儲氫則因運儲量仍未達商業化規模，需持續發展精進相關技術。
甲基環己烷（MCH）為液態有機氫載體，具有低成本運輸潛力，但面臨脫氫溫度高和氫損耗大的挑戰。近年來在日本、新加坡、德國等地均有示範專案，其技術仍在發展，正努力擴展國際市場；相比之下，氨或甲烷因可直接用於發電、工業或航運燃料而具優勢，無需轉回氫，其中氨因具備成熟的輸儲體系與較高的運送效率，成為近期多國的焦點。
低溫高效氨裂解產氫技術 氨轉換率99%
以液氨為載體進行海上運輸，是現行具成本優勢與安全性的氫載體進口方式，待運輸到目的地，再經裂解反應還原為氫與氮。儘管現行氨裂解反應為成熟製程，但高達攝氏700度以上的反應溫度，仍然相當秏能。工研院近期成功開發，反應溫度在攝氏450度至500度的氨裂解產氫技術，氨轉換率高達99%，亦即99%的氨都能被轉換為氮與氫，可有效降低反應所需的能源消耗，提升整體製氫效率。
工研院材料與化工研究所技術經理郭政柏表示，根據臺灣2050淨零排放路徑，氫能發電將占總發電量9至12%，對應之氫需求量約435萬噸，預估未來國內自產電解水產氫僅約110萬噸，仍需進口低碳氫約325萬噸。而氫氣進口現行仰賴液氫（LH2）船運，相關基礎設施技術還在開發驗證階段，因此亟需透過另一路徑將氫運輸到臺灣。
「氫的載體選擇多元，若考慮臺灣現有基礎設施，會發現以氨為載體，可以利用現有化學儲存、運輸設施與技術，無需額外建置新的供應鏈體系，從而加速氫能應用的落地與發展。」郭政柏分析，且國際能源署預估2030年國際船運輸儲成本氨僅為液氫的60%，如荷蘭、德國、澳洲等國皆在積極發展液氨相關輸儲技術。
與國際技術相比，工研院氨裂解技術特點在於觸媒高活性、低溫高轉化率，而且在觸媒進行連續操作2,000小時穩定性測試中，氨轉化率失活小於1%，顯示觸媒穩定性佳。這項技術已經實驗證明其優異特性，接下來將放大量能，進入試產階段。
氫氣計量與洩漏監測技術 產業用氫更安心
氫進口後，需經運輸或儲存以利應用，由於氫氣具高度可燃性，在濃度4%至75%之間就可能爆炸，因此輸儲安全格外重要。工研院與日本產業技術綜合研究所（AIST）合作開發「氫氣計量與洩漏監測技術」，利用「氫致變色薄膜」廣泛大量應用於氫氣管線，輔以大量實場域影像資料訓練出的AI模型，1分鐘內即可偵測出極微量的氫氣洩漏，即使是每分鐘1公升（LPM）的洩漏流量也能偵測並警示。
工研院量測技術發展中心技術經理楊逸群表示，將氫致變色薄膜部署於廠內可能的洩漏點，能大幅提升監測範圍與準確度，更可與既有的廠區影像監控設備整合，無需額外鋪設電源或通訊線，增加安裝便利性且省成本，能提高企業安全管理能力，讓產業用氫更安心。
氫氣健康安全監測解決方案 氫能應用後盾
除了防止氫氣洩漏，工研院也整合一套「氫氣健康安全監測解決方案」，透過智慧感測技術，從產氫、運輸到儲氫等設備進行全方位安全監控，包括監控產氫與運輸過程中的管段、閥體、法蘭（Flange）、儲氫的氫氣洩漏，以及儲氫加壓機械Pump的即時狀態監控，提早發現設備異常與管路洩漏，提升氫能設備使用安全。
工研院智慧感測與系統科技中心組長蘇中源表示，該技術有三大創新，首先是透過聲波共振放大結構與智慧演算法，提高氫氣洩漏的偵測靈敏度與準確率，即使是極低濃度的洩漏也能精確掌握；其次，結合穩定的溫度調控技術與抗干擾演算法，即便在惡劣環境下仍能維持高精確度的氫氣感測，確保監測數據的穩定可靠；此外，透過差動式高靈敏振動感測器，捕捉設備運行時的震動特徵，經由AI模型分析Pump的健康狀態，預診斷設備故障率並安排保養期程，減少突然故障的風險，提升氫能設備的安全管理，是推展氫能發展的重要後盾。
透過「低碳高效氨裂解產氫技術」、「氫氣健康安全監測解決方案」，以及「氫氣計量與洩漏監測技術」，可多方確保氫輸儲的節能、高效、安全與穩定，為臺灣的低碳永續發展奠定基礎，進一步拓展技術應用至國際市場，創造氫能商機，提升臺灣在全球氫能技術領域的競爭力。
（本文由工業技術與資訊授權轉載）
