氫能的展望與限制之其二：以地緣政治為中心探討

一、氫能對台灣的戰略意義

前文已指出，如以減碳效益面向探討，氫能的關鍵在於是否使用綠氫，以及相關的成本效益能否有市場競爭力。不過，如以地緣政治戰略的面向思考，則氫能的價值不僅有減碳面向，也包括儲能效益。以今年4月3日花蓮大地震為例，在地震的十分鐘內，儲能電池在1秒反應、10秒增加510MW，穩住電網頻率，接著抽蓄儲能水力接棒快速因應，在10分鐘內由抽水儲能轉為放水發電，讓電力系統恢復。[1] 而我們可以視氫氣燃料電池為「氫能」發電機。跟其他幾種儲能相比，因氫氣的可壓縮性，使能源密度對比其他儲能系統多出許多倍。另外，使用鋼瓶儲藏氫氣，可有較長期的保存期限。而由於我國自產氫氣的量能尚未成熟，因此，國發會〈臺灣2050 淨零轉型「氫能」 關鍵戰略行動計畫〉中規劃短期目標為進口氫氣，應為當前較務實的方向。

二、氫能價值鏈與地緣政治

氫氣除了混氫發電的潛力，當前主要的用途在於石化煉油、化學工業、金屬業的製程。未來的潛力可延伸到運輸、儲能、建築等領域。氫能的地緣政治將根據生產技術、認證路徑、運輸途徑和最終產品，形成不同的價值鏈、供應鏈和生產網絡。因此，相關技術、氫氣和原料的出口者可建立優勢和塑造依賴關係，無論是通過技術和市場領導，或是通過有利於特定技術的路徑依賴。例如，天然氣的生產據點相對集中，但太陽能和風能（以及核電站）分佈更均勻。多樣化可以降低地理集中的風險。稀有金屬如鎳和鉑對於氫氣生產至關重要，但這些原料相當集中。運輸是另一個關鍵問題，建立新的或升級現有基礎設施（特別是港口、貨輪和管線網絡）將占用大量資源，投資決策因此將長期影響氫能部門的利害關係人與權力地景。歐洲議會於2024年4月11日通過氫能與脫碳氣體市場套案（hydrogen and decarbonised gas markets package），鼓勵投資氫能，並加速轉型到生質甲烷（biomethane）與低碳氫等永續能源。[2] 圖1展示了當前氫能貿易路線。

圖1、氫能貿易路線。
來源：IRENA，2022。

圖2、全球天然氣管線。
來源：IRENA，2022。

從地緣政治的角度來看，IEA預測即使到2030年，全球超過半數的氫氣並不符合IEA標準的低碳氫氣。而IEA 預測在2050年全球依然有8900公噸氫氣來自於化石燃料（天然氣或煤炭），3.27億公噸來自低碳電力。[3] 因此，氫氣產業將鞏固並延長天然氣生產國的影響力，這些國家可以繼續透過已建立的貿易關係出口天然氣。並搭配碳捕捉與封存（CCS）技術推向市場。在工業加熱應用上，如果用氫氣取代天然氣的話，碳排放量的減少取決於碳捕捉的效率，在較低的捕捉率（53%）下，氫氣並沒有明顯的優勢（CRS, 2023）。因此碳封存技術搭配氫氣應用將影響未來氣能產業的競爭力。已完成和計畫中的商業設施主要位於北美、澳大利亞、北歐、海灣國家、中國和東南亞，特別是在歐洲和亞太地區計畫在2030年之前擴大產能。建立氫氣貿易基礎設施在供應鏈的兩端都存在風險。鑑於氫氣價值鏈的高資本強度，降低這些投資的風險可能需要大型財團、高度的國家參與和國際協調。圖3展示了國際能源貿易金額的預測。圖4為當前全球綠氫前20大計畫。據IRENA估計，到2030年，將有26個國家綠氫成本低於藍氫（灰氫+碳封存=藍氫）成本。

圖3、國際能源商品交易金額，單位：兆美元。
來源：IRENA，2022。

圖4、全球20大綠氫生產計劃。
來源：IRENA，2022。

三、氫能地緣政治與我國的機會

與氫能有關的地緣政治歸納如下。

1. 產業轉型：水泥、鋼鐵、石化等設備的壽命通常為30-40年。因此，如果當下建設的相關設備為使用傳統化石能源，則意味這些設備將會鎖死在化石燃料長達30年以上。因此，投資相關的基礎設施如運輸、儲存、生產氫氣，以及汰除舊型生產設施，為氫能轉型的重要關鍵。以我國而言，則需考量規劃接收與運輸氫氣的基礎設施。而前文提到的中研院去碳燃氫技術的優點為不需要外來進口氫氣，而是直接裂解天然氣來產生氫氣。因此，我國如何配置資源在發展去碳燃氫實用化以及進口氫氣，有待更多成本效益的精算。
2. 生產氨氣：氫氣為製造氨的原料，而氨為化學肥料的重要成分。因此，主流哈伯法（Haber-Bosch process）乃是使用水蒸法天然氣生產氫氣，進一步合成氨氣，導致天然氣成本間接影響糧食價格。未來更多綠氫加入市場後，有助於穩定糧食價格不被天然氣價格波動影響，也有助於降低生產糧食的碳排放。因此，哈伯法未來是否能改用綠氫或乾淨氫氣當原料，取決於綠電與碳封存的發展。
3. 氫能的快速增長將推動鎳和鋯的需求增加，這些材料用於電解裝置，以及用於燃料電池的鉑族金屬。擴張氫能也將導致太陽能和風能等綠能技術的增加，連帶增加這些技術中的礦物需求。目前佔主導地位的鹼性電解裝置依賴非關鍵的材料，如鋼和鎳。相比之下，聚合物電解質膜電解裝置和固體氧化物電解裝置依賴更多關鍵材料。用於聚合物電解質膜裝置的鉑和銥是世界上相當稀有的金屬。它們的供應也高度集中，南非供應全球超過70%的鉑和超過85%的銥。
4. 相關科技與商機：當前氫能技術主要仍掌握在已開發國家手中；其他國家有賴於國際援助與合作，以興建氫能相關基礎設施，促進國際合作與公正轉型。我國《臺灣2050 淨零轉型「氫能 」關鍵戰略行動計畫核定本》將自產氫氣列為中期目標。IEA預估2050年全球綠氫電解裝置容量累計為3300GW，而我國已有若干氫氣廠商開始海外布局此商機，並與中油合作，未來動向有待觀察。[4]

目前我國《臺灣2050 淨零轉型「氫能 」關鍵戰略行動計畫核定本》由於考量自行生產綠氫可能無法取得足夠綠電，因此重點先放在進口氫氣以及基礎設施。相關的研發集中於運輸、燃料電池、煉鋼、混燒發電技術。未來我國如要自行生產灰氫，則需要搭配碳封存技術以降低碳排放。可以預見當綠氫產量不足時，必須應用碳封存，方能發揮氫氣的減碳效益。IEA預估2050年全球因生產氫氣而封存的二氧化碳將累計到10億公噸。

雖然我國在製造綠氫方面可能受限於綠電供應量，但可加強研發燃料電池、電解槽相關材料、碳封存技術等等，並以提供全球氫能產業鏈相關設施的零組件為目標，不失為一可行策略。圖5展示2050年氫能產業各階段的產值。

圖5、2050年氫能產業鏈各階段產值，單位：10億美元。
來源：IRENA，2022。

參考文獻

• CRS.2023. The Hydrogen Economy: Putting the Pieces Together.
• IRENA.2022. Geopolitics of the Energy Transformation The Hydrogen Factor.

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[1]https://www.businesstoday.com.tw/article/category/183027/post/202404110026/。
[2]https://www.europarl.europa.eu/news/en/press-room/20240408IPR20317/meps-approve-reforms-for-a-more-sustainable-and-resilient-eu-gas-market。
[3]https://www.iea.org/reports/hydrogen-2156。
[4]https://www.mirrormedia.mg/story/20230614ind002。