整理／胡祐瑄 中心助理研究員
因COVID-19 疫情而延期一年舉辦的東京奧運倍受大眾關注，主辦單位在永續發展上的創舉更是媒體爭相報導的焦點話題，其中在能源的選擇上，氫能在大會中的大量使用更是使人眼睛為之一亮。本次系統風險系列文章將介紹氫能發展上的關鍵議題，先說明氫能為何日漸受到重視，再帶各位讀者們看看近年來各國在氫能項目上的布局，最後介紹台灣各產業對氫能技術應用的情況。
國際再生能源總署（International Renewable Energy Agency, IRENA）認為氫氣有機會為能源部門的永續轉型帶來新氣象，更可能在各經濟體淨零碳排中扮演關鍵的角色。目前，相較於其他能源，氫能的成本高出許多，因此相關運用仍侷限於少數產業部門中。然而，隨著越來越多國家設定淨零碳排目標，以潔淨方式生產的氫能越來越受到重視，並獲得一些公私部門的支持，在某些國家中，甚至已經訂定國家氫能策略。世界經濟論壇 （World Economic Forum, 以下簡稱WEF）在其戰略情報（Strategic Intelligence）系列的「氫能」（Hydrogen）專題中盤點了當前氫能發展的七大關鍵議題，分別是「氫在氣候變遷調適中的角色（Hydrogen’s Role in Mitigating Climate Change）」、「氫在能源系統中的地位（Hydrogen’s Place in the Energy System）」、「促進更多氫利用的措施（Measures to Enable Greater Hydrogen Use）」、「氫能未來的機會（Future Opportunities for Hydrogen）」、「氫能地緣政治（Hydrogen Geopolitics）」、「擴大氫氣規模的挑戰（Challenges for Scaling up Hydrogen）」、「國家氫能策略（National Hydrogen Strategies）」。
在本次氫能專題的最後一篇，將帶大家透過最後兩個主題 — 「擴大氫氣規模的挑戰（Challenges for Scaling up Hydrogen）」、「國家氫能策略（National Hydrogen Strategies）」來看氫能的政府政策上的沿革，同時，本文將同時介紹近期台灣發展與應用氫能的情況，最後將統整本專題三部份的內容做出結語。
國家氫能策略（National Hydrogen Strategies）
截至2020年年底，全世界共有20個轄區提出了自己的氫能策略、發展藍圖及願景文件等，其中涵蓋了相關標準、技能發展以及國際合作，並擬訂出整體方向，後續透過詳細的影響評估來鑑別必要的權衡與政策工具。制定戰略的動力不一定是開發氫能，而是要加強能源安全、刺激經濟增長和創造就業機會、提高工業競爭力、遏止空氣污染和整合再生能源。
在目前公布的氫能戰略中，運輸與工業部門獲得了最多的支持，其次有一部分涵蓋能源部門，對建築部門卻幾乎沒有提及。在交通部門中，最多被聚焦討論的是陸上運輸，對於貨運與航空業的討論仍相當有限（然這兩者的減碳成效對於淨零碳排目標十分關鍵） 。這些戰略討論的範疇大多數情況下都存在國際層面，因為認識到需要進行合作以推進技術和支持貿易。
大多數有詳細計劃的國家都承認綠氫是一種長期永續的生產途徑 — — 而對以化石燃料產氫的模式（例如藍氫、灰氫、黑氫等） 僅可以作為短期的發展方式。到 2030 年有明確電解（使用電力從水中製氫）目標的區域或國家包括歐盟（40 GW）、智利（25 GW）、法國（6.5 GW）、德國（5 GW）、義大利（5 GW） ）、西班牙（4 GW）、荷蘭（3–4 GW）、波蘭（2 GW）和葡萄牙（2 GW）。這些努力是受到歐盟綠色協議（the EU Green Deal）的推動，其中目標是到 2050 年實現碳中和，並且在 2030 年前（與 1990 年相比）減少 55% 的溫室氣體排放。
氫能也透過COVID-19 的經濟復甦政策獲得了公共資金，比如說德國從其復甦計劃中撥款 90 億歐元，法國的目標則是 70 億歐元用於氫能，葡萄牙預計到 2030 年的投資將達到 70 億歐元，英國的部分則是計劃投資 50 億英鎊。亞洲的部分，中國已經為氫動力燃料電池電動汽車提供了超過110億歐元的補貼，日本宣佈為氫能提供2兆日元的資金。
氫能發展在台灣
目前，我們已經透過「氫能地緣政治」（上篇連結） 以及「國家氫能策略」兩大戰略主題看見目前各區域在氫能上聚焦的技術發展以及現有的氫能發展戰略。那臺灣的發展狀況又是如何呢? 目前臺灣政府尚未發表任何氫能發展戰略，但根據2021年元旦起正式上路的《一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法》（俗稱「用電大戶」條款），契約容量5,000kW以上用戶，必須在5年內設置契約容量10%的再生能源。規範主要調整既設扣減方式，以既設裝置容量直接扣減義務，惟以20%扣減上限；並可搭配早鳥優惠（提前2年可享20%扣減上限），兩者採合計扣減，最高扣減義務達40%。
這些「用電大戶」中包含石化、半導體、鋼鐵、電子等工業用戶，也就是說，這些用戶必須在5年內完成設置契約容量10%的綠電，創造至少約1GW再生能源交易市場。要達到這樣的標準，業者共有4種履行作法，分別為設置一定裝置容量的再生能源設備或儲能裝置、購買再生能源憑證、以及繳交形同罰款的代金。台灣一些產業為應對這樣子的政策，像是重工業和半導體業，已啟動發展氫能的應用。以下以中鋼以及台積電為例，介紹目前台灣產業氫能應用的狀況。
（一）中鋼
氫能在鋼鐵業上的應用主要有「氫能煉鋼」以及「零碳熱鐵磚（HBI）」兩項技術。傳統鋼鐵業之所以會是排碳大戶，是因為製程中使用大量煤炭來移除氧化鐵中的氧產生純鐵進行下一步煉鋼，因此過程中也同時產生二氧化碳，而氫能煉鋼的原理，就是以氫取代煤炭，跟氧化鐵作用後產生水與鐵。目前該項技術仍在研發之中，日本製鐵（Nippon Steel） 已斥資鉅額研發該項技術。至於零碳熱鐵磚（HBI），目前發展最快的是煤炭輸出大國澳洲，澳洲為減低輸出碳排，投入研發用綠電電解水產氫氣，再利用當地豐富的鐵礦石，生產無碳排的熱鐵磚出口。因此中鋼也積極跟澳洲建立合作管道，擬進口熱鐵磚來生產鋼鐵，邁向零碳煉鋼。
中鋼近期積極推動這兩項技術的應用，不僅與各大學研機構合作籌組氫能煉鋼研發團隊，建構氫能煉鋼研發能力，更拜訪澳洲代表處，主動向澳洲政府表達進口澳洲零碳熱鐵磚（HBI）的意願。中鋼目標在2050年發展氫能煉鋼、碳捕捉等技術，並進行鋼鐵石化業聯合生產。其中計畫投資113億做製程減碳147萬噸，投資86億發展太陽能光電、500億投資離岸風電，每年約可減碳近70萬噸。
除了配合國家政策，在國際層級上，有兩大關鍵促使中鋼加速減碳進程: 一是美國總統拜登上任後決議重返巴黎氣候協定，二是競爭對手日本製鐵宣布投入5000億日圓研發、5兆日圓蓋廠發展氫能煉鋼的零碳策略的野心。除此之外，歐盟2023年將啟動的碳邊境調整機制（Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM）也間接帶來影響，中鋼董事長表示，雖然中鋼直接出口歐盟的量不大，但約有7成鋼料賣給國內下游業者，再間接轉出口到各國，因此CBAM將對中鋼帶來衝擊。若要協助鋼鐵產業鍊解決碳稅問題，中鋼亦須正視環境問題，擬定減碳計畫。
（二）台積電
在全球減碳意識高漲的氛圍下，除了重工業，台灣的半導體製造業也看上了氫能在製程中的應用。蘋果全球供應商因應蘋果減碳政策，在生產製造與能源使用上，都盡力追求降低碳排，其中提供晶片等關鍵技術的台積電也不例外，截至2020年7月為止，台積電已簽下1.2GW再生能源購買契約，預計可年減218.9萬噸碳排，除此之外，台積電更計劃與座落台南科技工業園區的氫能廠商──亞東工業氣體合作，加速減碳進程。
由全球第二大工業氣體供應商──法國液空集團（Air Liquide）與遠東新世紀集團合資的亞東工業氣體是法國在台投資最大的製造商。亞東工業氣體廠最新完工的超純氫氣設備，預計向台電購買綠電，電解超純水產出零碳排綠氫。總裁歐柏叡（Olivier Blachier）曾表示，跟天然氣製程相比，一座以綠電驅動的水電解製氫設備，每年可減少8000噸碳排。等到5座綠氫設備都完成，減碳效果相當於達到100萬棵樹的固碳量。他更強調，未來3年內法國液空集團將確保全球所有氫氣生產都來自綠色能源。在2021年3月23日，液空集團更宣布新的永續目標，要在2035年前投資80億歐元發展氫能低碳供應鏈，更預計成為全球第一個宣布達到碳中和的工業氣體公司。
在半導體的製程中，這些氫氣生產設備可以滿足極紫外光微影技術（extreme ultraviolet lithography, EUV）應用中對超高純度氫氣的新興需求，並利用更環保的氫氣製程，支援台灣主要半導體產業客戶對環境與氣候的目標。
然而，業界推估，台積電台南新廠明年全面投產後，亞東的產能僅能滿足其部份氫氣需求。為因應將來可見的新增需求，聯華氣體也已在南科樹谷園區購置土地，將設立2座以天然氣當原料的氫氣產製設備。
結語
本次的氫能專題整理了氫能目前在全球、地域以及國家層級上，氫能技術面、產業面以及政策面上的發展。氫的儲能特質，可能為能源轉型路徑帶來許多新機會，其中值得注意的是，並不是所有來源的氫都有助減排，目前多數擬定出氫能戰略的區域與國家都同意，以化石燃料產氫的模式（藍氫、灰氫、黑氫等）並不是長久之計，世界需逐漸向綠氫，也就是來自再生能源的氫能發展，相關技術現階段仍在發展之中，成本也有待降低，而碳定價等具體淨零碳排措施有助於加速這個過程。
若觀各地區發展，可見得各地會依照自身地理、傳統產業結構等條件發展氫能策略，比如天然氣出口大國澳洲，因為已經具備完善氣體相關運送及出口的基礎設施，目標在10年之內成為氫能的出口大國；曾因地震造成核災的日本則是在福島建立綠氫生產基地。在這些策略中，氫能發展有助於降低單一國家對能源進口的依賴，提升當地的能源安全。
目前，台灣政府尚未提出一部明確的氫能戰略，然用電大戶條款間接地促進高碳排產業發展氫能在生產過程中的應用，像是本文所介紹的鋼鐵業與半導體產業，都已經看見氫能在製程中的可用性。台灣政府可以借鑑各國的氫能策略思維，識別自身在地緣政治上的機會與風險，並加強與相關產業溝通釐清氫能研發與應用的利基，評估氫能在台灣產業鏈中的發展價值，進而更精準地規劃國家能源轉型與淨零碳排途徑。
參考文獻：
- Strategic Intelligence. 2021. Hydrogen.
- 天下雜誌, 2021. 台積電先進製程的未來 藏在一座台南的氫氣廠.
- 聽天下：天下雜誌Podcast. 2021. 【地球臨界點Ep.17】科技大廠搶著要！減碳同時顧經濟 各國拚發展的「氫能」是什麼？.
