拚21世紀中葉氣候中和 綠色氫能將成為航空、鋼鐵等「難減」產業的救星? | 環境資訊中心

拚21世紀中葉氣候中和 綠色氫能將成為航空、鋼鐵等「難減」產業的救星?

——談綠色氫能目前在國際的討論和應用

2021年05月05日
共同企劃:低碳生活部落格、環境資訊中心;文:陳米蘭(台達基金會低碳生活部落格寫手)
截至目前為止,已有許多國家和企業宣布和承諾將在本世紀中葉左右達到碳中和目標。近年來隨著再生能源成本的下降,風能和太陽能也預期在推動全球能源系統向淨零排放的轉型中扮演重要的角色。也因為綠能的成本下降,綠色氫能逐漸被視為為能提供運輸產業和工業轉型的關鍵。

圖片來源:Matthew Bodaly(CC BY-NC-ND 2.0)

能源轉型,代表用綠電來取代化石燃料的使用。但對鋼鐵、水泥、石化產業、長程空海運輸來說,只依靠電力往往無法有效支撐產業的正常運轉。綠色氫能因此提供了這些產業另一個選擇。

綠色氫能產生的原理是通過綠電把水(H2O)還原成氫(H2)和氧(O),氫能被儲存後能被運送到不同的國家和產業(見下圖)。氫比大多數氣體的導熱係數都高,並具有沸點低、易燃燒等特性,因此氫被視為具有高能量密度的多功能能源載體,並可以藉由其化學反應作用生產各種合成燃料和原料。


綠色氫能的產生過程。圖片來源:Hydro Tasmania

不同於用再生能源電解產生的氫能,目前也有所謂的「灰色氫能」、「藍色氫能」和「青綠色氫能」(見下圖)。灰色氫能指的是用化石燃料(煤炭或甲烷)經過蒸氣重整(steam reforming)或氣化技術(gasification)所產生,過程中會產生大量的二氧化碳。藍色氫能則依循灰色氫能,一樣使用化石燃料,並在過程中加入碳封存技術(carbon capture and storage, CCS)——現階段的氫能有四分之三都是用這種方式生產,但即使在最佳化的狀態,CCS目前大約只能捕捉到85-95%的碳排放量。而青綠色氫能則是結合天然氣和甲烷達成熱裂解技術(pyrolysis)來產生氫能,但這項技術還尚未成熟。

根據International Renewable Agency(IRENA)的資料,目前氫能的生產還是以天然氣和煤炭為主,合計產量大約占95%,電解產生的氫氣約占全球氫氣的5%。而綠色氫能目前還沒有任何一個國家有技術達到量產的階段。


不同顏色氫能的生產過程和來源。圖片來源:IRENA(2020) Green Hydrogen: A Guide to Policy Making

雖然綠色氫能的技術還在發展階段,許多國家已經將綠色氫能視為在2050達到碳中和的關鍵,並開始投入大量研究資金,嘗試克服技術端和商業端的困難。像是歐盟、法國、義大利、德國、奧地利、西班牙、荷蘭、挪威、義大利、葡萄牙、澳洲、加拿大等國,都已經將綠色氫能納入武漢肺炎(COVID-19)疫情後的綠色復甦方案。

以歐盟為例,目前氫能(大部分運用於塑膠和肥料產業)僅占不到2% 的能源消耗、並有96%的氫能仍是以化石燃料製造。為此,歐盟執委會在2020年七月訂立了「綠色氫能發展策略」,預計在2024年達到至少6GW(1 million tones)的綠色氫能,並在2030年將氫能整合進能源系統並達到40GW (10 million tones),預計2030年起綠色氫能將被大量運用在難以減碳(hard-to-decarbonize)的部門。

根據World  Energy Council 的報告(見下圖),目前大部分國家預計將綠色氫能主要運用在交通部門(長程飛行、航運)、產業(鋼鐵、化工等)、能源產業(儲能),而西班牙、烏克蘭、俄羅斯、澳洲和摩洛哥因為再生能源的優勢,則計畫將綠色氫能出口到其他國家。


國家目前綠色氫能運用的目標部門。圖片來源: World Energy Council(2020)International Hydrogen Strategies

綠色氫能的確為許多國家提供加速整體能源轉型的關鍵,但對再生能源占比非常低的國家(如台灣,根據台電2020年再生能源發購量只有5.8%)該怎麼藉由綠色氫能邁向轉型呢?

在2021年的柏林能源轉型對話(Berlin Energy Transition Dialogue)上,日韓等能源智庫為再生能源發展受限的島國指出幾個關鍵:再生能源需要擴大發展並使價格降低,才能使綠色氫能有市場競爭力 ; 綠色氫能需要優先使用於難以減碳部門;與此同時,必須建立國際綠色氫能認證與交易機制,並以進口(例如向澳洲購電)政策補足產能缺口。

作者

陳米蘭

德國慕尼黑理工大學博士研究員,氣候能源智庫EnTrans的共同創辦人和政策分析顧問、前聯合國氣候變遷綱要公約研究實習生。主要研究氣候變遷和能源轉型政策、政治分析。