2006/08/05
經濟部能源局
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▓撰文：林建良 ▓圖片提供：工研院能環所
工研院能環所自2004年開始發起「PEM燃料電池技術論壇」，成立宗旨即建立一開放之交流平台，以PEM燃料電池相關技術為主題，廣邀產、學、研各界專家參與討論，交換研究心得與技術新知，達到資訊共享與技術提升的目的。
台灣近年興起燃料電池技術的研究熱潮，其中以質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）的發展最為廣泛。國內許多研究機構及多所大專院校均有豐碩的成果出現，為讓這些研究成果與經驗有互相交流與分享的機會，工研院能環所自2004年開始發起「PEM燃料電池技術論壇」。論壇成立至今已多次邀請國內外專家學者進行交流與研討，今（2006）年特別邀請在國際上發展燃料電池非常成功的日本東京瓦斯公司，其中擔任技術開發部PEMFC主持人的前田賢二博士，來台介紹日本在燃料電池技術的開發與未來展望。本文特別整理此次前田博士的部分重點演講內容，希望能提供對燃料電池有興趣的各界先進做為參考。
燃料電池的重要性
能源產業在21世紀面臨能源安全（Energy Security）、環境保護（Environmental Preservation）及經濟成長（Economic Growth）等三大挑戰。在能源安全上，面臨如石油資源逐漸減少的限制，以及需要有不同能源的最佳組合使用；在環境保護方面，全球暖化的問題亟待解決與改善；要維持經濟成長，必須持續不斷地進行與能源相關的經濟及區域活動，同時又要能創造新的產業。面臨上述3E挑戰，為什麼燃料電池是未來社會的潛能與期待呢？燃料電池又有何重要性呢？其實燃料電池的重要性可以歸納成4點來看：使用氫能源為燃料；為高效率熱電共生系統；可創造新產業；適合於天然氣、石油、生質能、電力及熱能等不同能源的最佳組合使用，從中衍生許多的結果，如零污染、能源節約、二氧化碳減量等，皆符合對於未來社會的期待。
日本燃料電池發展現況
日本東京瓦斯公司對家用燃料電池的商業觀念，是認為燃料電池能同時達成「舒適性」及「善待環境」的要求，因此他們使用LIFE及FUEL兩個字組合的LIFUEL來做為其燃料電池標識。LIFUEL的額定電力功率為1kW，屬於熱電共生型系統（Combined Heat and Power），其中電力效率可達37％，熱回收效率為50％，熱電總效率共有87％。由外觀上來看，完整的LIFUEL由兩部分組成，其中燃料電池是比較小的部分，較大的部分是200公升熱水儲存槽。整個家用燃料電池商業發展的主要計畫，在2005年以前定位為發展階段，其參加了千禧年計畫，並與製造廠商聯合發展，也進行現場試驗；2005到2008年是導入階段，在2005年燃料電池開始進入限定的市場，此年可說是日本的燃料電池元年，因為在4月8日，東京瓦斯公司將第1座燃料電池安裝在小泉首相的官邸內；2008年之後則是市場滲透階段。
日本家用燃料電池在2005到2007年間有大規模的展示計畫。在2005年進行的情形大致為：燃料電池製造商與燃料供應商搭配展示；使用1kW級的燃料電池；1台機組補助600萬日圓，補助金含燃料電池及安裝費用；燃料電池製造商進入展示計畫的條件是在6個月要製作超過30台系統，燃料供應商則要展示超過10台系統；有4家燃料電池製造商及13家燃料供應商參加展示，總共展示480台系統，其中東京瓦斯公司就占有150台。
未來社會的挑戰與期待
在2008年燃料電池發展的主要目標為耐久性必須超過40,000小時，同時能經歷4,000次的開、關機，相當於10年的使用年限；價格方面則訂為120萬日圓。而耐久性的挑戰，則從發展高耐久性材料（如質子交換膜、觸媒等）方面著手，同時建立對燃料電池組及燃料重組器加速評估的方法；在價格降低方面，從量產技術、系統簡化，及周邊設備（Balance of Plant）組件共用三方面同時著手進行。
燃料電池市場滲透的挑戰可分成三部曲，首先是改善天然氣進料的系統；其次是著手氫氣進料的系統，包括建立氫氣供應的網絡；最後則是從微電網（Micro-grid）進展到群己能源系統（Holonic Energy System），在這個最佳化的能源系統中，分散式與集中式系統有最佳的組合，且微電網與公用事業電網間能彼此協調。預估在2015年時，1台燃料電池的價格只要60萬日圓，日本燃料電池的發電量有1,500MW，在2030年發電量則達12.5GW。
在不久的將來，東京瓦斯公司認為天然氣將是邁向氫能社會時最重要的橋接（Bridging）能源。東京瓦斯公司所扮演的關鍵角色，是強調以天然氣為進料，增加在不同的機會上使用氫氣，並在過渡到氫能社會時做為領導者。
朝普及化前進
前田博士的演講還包括LIFUEL的導入與實際成果，從LIFUEL的基本規格、公司的配套措施、市場導入情形、使用情形，以及未來開發的課題，都做了詳細的介紹。簡單來說，東京瓦斯公司從2005年2月到2006年3月底，已經在限定性的市場中進行200台LIFUEL的導入。從實際的市場資料來看，有關系統的性能、運轉控制與省能性等數據，幾乎與當初預測的結果相同。未來在提高耐久性與降低價格等問題上，東京瓦斯公司與合作廠商也正共同努力，使燃料電池朝向更普及化發展。
從前田博士介紹的成果來看，可以看到日本在家用燃料電池的努力與企圖心，以及整個燃料電池計畫執行的嚴謹性與協調性，因此筆者相信日本所做的預測在不久後應能成真，很快的燃料電池產品就能廣布在市場上。（作者為工研院能環所研究員）