2005/09/05
經濟部能源局
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▓撰文╱攝影：邱瑞焜
燃料電池與甲烷冰是目前國內外最熱門的研究項目之一，許多國家均將其當成未來能源的新希望。
德國在前述兩種項目上的研究很有名，擁有相當先進的技術，足以做為台灣仿效的對象，所以本文介紹位在德國尤利希（Julich）小鎮上的能源系統材料與進程研究中心（IWV），以及基爾（Kiel）市的萊布尼茲海洋科學研究中心（IFM-GEOMAR），以饗讀者。
燃料電池開發的先驅
德國西部的北萊茵威斯特法倫邦（Nordrhein-Westfalen）向來是全德國推動燃料電池研究最積極的一個邦，從過去就一直挹注大量資金在「燃料電池專業網」上，全力發展這項技術。而在離德國西部大城柯隆不遠處、一個風光明媚的小鎮—尤利希，就有一個尤利希研究中心（Forschungszentrum Julich）以研究燃料電池著名。這個中心隸屬於赫姆霍爾茨研究聯合會（Helmholtz Association of National Research Centres），是德國重點資助的15個機構之一。在尤利希當地，院區的面積佔地2.2平方公里，共有30個以上的研究所，四千多名員工，其中有四分之一都是博士級科學家。在這裡的研究以能源、資訊技術、生命科學、新材料等尖端科學為主，是德國乃至歐洲最大的能源研究中心之一，其中與燃料電池最相關的機構就是能源系統材料與進程研究中心（Institute for material and process in energy system,IWV）。
IWV有三個主要的部門，分別研究燃料電池、材料合成、微結構及材料特性，因而在燃料電池方面一直有相當豐碩的成果，並且很多項目是領先全球的。例如：他們過去研製的小體積燃料電池組，在平均溫度為攝氏850度的情況下，使用氫時發電功率達到9.2瓩，使用甲烷時功率為5.4瓩，在當時創造了新的世界紀錄。再者，從2000年起接受研究單位輔導的德國Masterflex AG公司，是全球第一家量產小型質子交換膜燃料電池（PEMFC）的廠商。在2003年時，已經成功量產使用在筆記型電腦、手機等產品上的燃料電池，並於當年3月在漢諾威（Hannover）舉辦的CeBIT展覽會中亮相。這種燃料電池主要是以儲氫合金（Metal Hydride）的方式儲存純氫氣，不但環保且蓄電效率優良，效能長達30～50小時之久，是一般電池的2～3倍。
另外，IWV在燃料電池汽車的研發與應用上也相當著名，因為該種汽車擁有無污染性的優點，且以氫氣做為燃料，因此副產物不再是二氧化碳，而是水，所以非常環保。很多駕駛過的乘客都覺得這種汽車安靜又平穩，不輸給傳統汽車，所以雖然目前燃料電池車的成本比較高，但是他們一致認為很有潛力，加上德國政府向來致力於降低二氧化碳污染，可預見的是汽車工業使用燃料電池將是不可避免的潮流與趨勢。
甲烷冰研究的領航者
甲烷冰又稱為天然氣水合物（Gas Hydrate），有些人稱之為21世紀新能源。其研究與開發之所以受到重視，在於甲烷冰可轉換的能源據估計是全球石油、天然氣、煤等總和的兩倍以上。而德國最有名的研究機構是位在基爾市（Kiel）的萊布尼茲海洋科學研究中心（Leibniz-Institute of Marine Science，又名IFM-GEOMAR），距離德國北部大城漢堡約90分鐘的車程，鄰近區域有很多重要的海洋研究機構，共同形成德國北部重要的海洋研究基地。
IFM-GEOMAR的研究人員約有400人，包括教授、博士後研究員、技術人員以及博士生等；在儀器設備上，有好幾艘研究船可供使用。他們主要有四大研究群，分別是：洋流與氣候、海洋生地化學、海洋生態、海洋地體動力，其中以「海洋地體動力」研究群對甲烷冰的研究最有名，近年發表過很多重要的論文。他們研究的區域從南美洲的智利、秘魯、哥斯大黎加等國的近海到黑海都有，從1992年起已經有20個以上的研究航次，投入非常多的研究資源。其利用海洋地球物理的方法，以佈放海底地震儀配合海面研究船施測的方式，瞭解海床下的地層構造及能源礦藏的分布位置，1996年已成功的在美國奧勒岡州外海，實際鑽取到固態的甲烷冰標本，是該研究領域中很大的突破，因為他們所發展出來的技術都是能源界實際探採時所需要的。
學習交流的好對象
德國對於能源的依賴性很高，他們有歐洲第一大的電力市場及第二大的天然氣市場，所以在能源科技的研究上是不遺餘力的，因為這樣才能確保德國的能源安全。而從過去到現在，在德國學術交流總署（DAAD）的協助下，不管是德國的「能源系統材料與進程研究中心」或是「萊布尼茲海洋科學研究中心」，都與台灣相關研究單位（如工研院、國家海洋科學中心）有很好的互動，包括研究人員的互訪，或提供實習的名額給台灣各大專院校的博士生，讓年輕科學家有機會到德國進行短期進修。因此對台灣來說，這樣不但能讓我國快速瞭解德國在能源方面的研究近況，更能進一步提升國內的研發實力，所以未來應該持續交流，甚至增加其他能源研究項目的合作機會。（作者為國立台灣大學海洋研究所博士生暨2005 NSC/DAAD Summer Program學員）
德國學術交流總署小檔案
德國學術交流總署（DAAD）為德國高等學校的聯合組織機構，成立於1925年，其宗旨是促進德國高等院校及研究機構與國外的學術交流。DAAD的組織成員為德國高等院校校長會議（HRK）以及高等院校之學生社團組織，到2002年，共有230所大學院校，以及129個學生組織團體加入。德國學術交流總署的工作內容，包括提供獎學金給德國和外國的學生、年輕學者及高等院校教授，資助他們進修或從事學術研究；派遣各領域教授到國外大學做短、長期的講學及教授德語課程。另外，DAAD每年也提供高額的獎學金，讓有志進行能源相關研究的學生能夠在德國獲得學位。目前在台北有「德國學術交流資訊中心」，是DAAD在台灣的諮詢機構，其網址為：http://ic.daad.de/taipei/。