隨著淨零碳排成為全球趨勢，各國紛紛提出淘汰煤炭、石油等高碳排化石燃料的時程，投入低碳新能源的研發。除了多數人較為熟知的風能、太陽能、地熱能、海洋能等，「氫能」也成為熱門議題，許多「氫能概念股」、「氫能產業」應運而生。「得氫能者得天下」中油董事長李順欽的一句話，更點出石化業者對氫能的期待。
美國總統拜登近日更宣布要投入70億美元（約新台幣2300億元），補助加州、賓州、費城等七個氫能計畫。美國能源部預估，美國的氫氣產量到2030年將達1000萬公噸。
到底「氫能」可以做什麼？為何「氫能」還要分顏色？「氫能車」會取代電動車嗎？「氫能」真的是拯救氣候危機的完美能源嗎？邀請讀者跟著這篇文章一探究竟。
淨零碳排新能源 氫能非綠能，而是一種儲能工具
在講氫能以前，讓我們先回到200多年前的「工業革命」。18世紀現代化蒸汽機問世，讓人類發現燃燒可以創造動能與電力，此後兩百多年迄今，汽車、輪船、發電機接連問世，人類燃燒的化石燃料愈來愈多，碳排放也愈來愈高，導致了現在我們面臨的全球暖化與氣候危機。
然而，現代生活中仰賴電力、汽油、瓦斯，淨零碳排難道要回歸原始生活嗎？當然不是。
要達到淨零碳排有三大策略，第一是盡可能的「節能」，減少能源浪費與消耗；第二要盡可能「電動化」，例如把汽油車改成電動車、瓦斯爐改成電磁爐等；第三是盡可能使用「潔淨能源」，確保電力來源不是燃油、燃煤等高碳排電力，而是來自低碳排的再生能源或核能發電。
為何說「盡可能」？因為節能有極限，人類生活所需不可能完全零耗能；電動化與再生能源也有極限，再生能源有「間歇性」問題，沒有太陽、沒有風的時候就不發電，且電力不易貯存，目前主流的儲能技術如化學儲能電池或抽蓄水力的造價昂貴，也受環境限制。
另外，電動運具的充電時間長、可行駛里程短、電池重量大等，也導致電動車、電動飛機、電動船尚未能普及化。煉鋼、水泥窯、焚化爐等工業鍋爐現階段也無法完全電動化。
「氫能」開始受到矚目，正因為它可以「儲存電力」，而且「燃燒不排碳」的兩大優點，被視為是邁向淨零碳排、完全取代化石燃料的最後一哩路。
不過，氫能也不是完美能源，目前科學家普遍認為自然環境中沒有天然的氫氣，它不像石油或煤炭可以開採，也不像風電、光電生生不息，而是需要人工生產，依據產製方法不同，生產過程的碳排也有差異，因此氫能既非化石燃料也非再生能源，而是一種人造能源、儲能方式。
氫能還要分顏色？ 看懂綠氫、藍氫、灰氫碳排差很大
談到氫能的生產方式，就要談到氫能的「顏色」。其實氫氣本身是透明氣體，氫的顏色在學術界也無嚴謹分類，而是一種約定俗成的術語，之所以把氫分成這麼多顏色，是因為氫的生產方式多元，來源不同、成本不同，過程產生的汙染排放也不相同。
- 褐氫（brown hydrogen）：以「煤炭」作為原料，透過高溫進行氣化、熱裂解或水解等化學方式，分解出含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷和氮氣等的混合氣體，再將其中的氫氣分離純化取得，目前全球約有兩成的氫氣屬於褐氫。
- 灰氫（gray hydrogen）：以「天然氣」（甲烷）作為原料，透過700°C到1000°C的高溫蒸汽進行蒸氣重組，生產出氫氣、一氧化碳和二氧化碳的混合氣體，再將氫氣分離後製成，目前全球約有八成以上的氫氣是灰氫。
- 藍氫（blue hydrogen）：將「棕氫」或「灰氫」生產過程中產生的二氧化碳，進行碳捕捉、利用與封存（CCUS）的氫氣，其碳排放與碳捕捉成效息息相關。
- 綠氫（green hydrogen）：以「水」（H2O）為原料，透過風力發電、太陽光電等再生能源，把水電解成氧氣與氫氣，是真正的零碳排氫能，價格昂貴、產量低。
- 粉紅氫（Pink hydrogen）：同樣以「水」為原料以電解方式產生氫氣，但電力來源是用核能發電，雖然同樣零碳排，但有核廢料的問題。
以碳排放而言，綠氫與粉紅氫最低，灰氫與褐氫最高，藍氫的碳排放則受碳捕捉技術影響。然而，水電解的成本較高、產氫效率低，在經濟考量下，目前全球95%以上氫氣來源都是以煤炭、天然氣或石油等化石燃料生產，只有約4%是來自水電解。
值得注意的是，水電解製氫的過程中雖然不會產生二氧化碳，但若使用的電力來自火力發電，仍有碳排問題，每生產每立方公尺的氫氣約需耗費5度電，不僅成本高，碳排放也可能比灰氫或褐氫高，因此目前市面上主要的氫能都是高碳排氫能。
此外，氫能雖然是一種發展中「儲能」選項，但依照目前技術估算，以電解水生產每公斤的氫氣約需40度到60度電，而每公斤的氫氣可能只能生產9到18度電，其能源消耗可能比抽蓄水力、化學儲能更高。
再者氫能的貯存、運輸不易，液氫需保存在低溫-253℃才不會氣化，儲運的管線及儲槽也要定期維護汰換，或是使用特殊金屬材料才能避免液氫容易腐蝕的「氫脆」現象，都是氫能有待突破的技術瓶頸。
氫能車V.S電動車：加氫快、距離遠、價格貴、能耗高
除了儲能，氫能運具也被外界寄予厚望。目前韓國的現代汽車（HYUDAI）與日本的豐田汽車（TOYOTA）等大廠，都已投入氫燃料車的研發製造，氫能車不僅可以解決燃油車的碳排放、空氣汙染等問題，又不像電動車有充電時間長、行駛里程焦慮的問題。
舉例來說，現代汽車的氫燃料車車Nexo，官方估計每次加氫約僅需5分鐘，預估可行駛600公里，而特斯拉的Model 3用超級充電站充15分鐘僅能行駛約270公里。相較之下，目前市面上的汽油車加滿油後，行駛里程約在500公里。然而，若以每公里的行駛能耗來看，氫能車則遠遜於電動車，僅略優於汽油車。
氫能車的優勢主要在於「長途」、「大型」的運具，例如貨車、輪船、飛機等交通工具電動化不易。以鴻海電動巴士為例，最大行駛里程約為300公里，以快充約需3小時才能充飽電，而豐田的氫燃料電池巴士行駛里程可達400公里，加氫時間僅需約10分鐘，可望解決大型運具電動化的瓶頸。
雖然氫能的公車、輪船或飛機能夠解決運具電動化的瓶頸，仍必須確保使用的是藍氫或是綠氫，才會具有減碳效益；若一昧發展氫能，忽略了節能與再生能源，反而可能會拖慢低碳轉型的腳步。舉個簡單的例子，台灣的捷運、火車及高鐵皆已全面電動化，只需要提高再生能源占比即可有效減碳；若改用氫能反而是浪費能源、徒增碳排。
氫能是氣候危機的救星？ 需搭配碳捕捉、再生能源才能減碳
想像一下30年後的台灣，當再生能源比率提高到超過70%，再生能源的間歇性問題會更加嚴重，有風、有光的時候大量發電、沒風沒光的時候發電歸零，可能導致電網不穩而跳電，氫能可作為「儲能工具」把多餘的再生能源轉換成綠氫，等到太陽下山、沒有風的時候拿來發電，作為平衡電網穩定的重要工具。
綠氫不只能用來發電，還有可能作為氫能飛機、輪船等大型交通工具的替代燃料，也能作為水泥窯、煉鋼爐等工業鍋爐的低碳燃料，讓再生能源發揮最大的效益。
若要使用化石燃料生產「藍氫」，也必須確保碳捕捉的實際減碳效果，才不會讓氫能成為石化業者拖慢減碳腳步的藉口。目前碳捕捉技術尚在發展階段，許多環保團體都質疑其減碳效益可能被業者誇大，尚需科學驗證。
綜上所述，氫能不是氣候危機的萬靈丹，而是邁向淨零碳排的方法之一，必須搭配大量再生能源或是有效的碳捕捉才能實際發揮減碳效果。
