2005/01/05
經濟部能源局
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▓整輯：謝惠子
※關鍵字：氫氣 氫能時代 再生能源
氫氣（Hydrogen）係一種無色、無臭、無味、無毒的可燃性氣體，亦是最基本的化學元素與原料。近十年來，氫氣被大量的應用在化工製程中，其相關之製造、儲存、運輸及運用準則均已建構完備，只要有正確的操作程序及遵守使用規範，都能安全的使用氫氣。
據記載，氫氣的發現始於16世紀，為瑞士的煉金術士帕拉切爾蘇斯（Paracelsus）以酸和某些金屬反應製備出氫氣。之後於1766年，英國化學家卡文迪許（Henry Cavendish）將氫氣與其他可燃性氣體明確區隔開來，並測定出氫氣的密度，以及定量的酸和金屬反應所得到之氫氣數量。1776年，首次觀察到氫氣燃燒生成水。至於氫氣（Hydrogen）該名稱，則是在1781年由法國化學家拉瓦錫所提出，意思即為可以產生水的氣體。
遍布宇宙的元素
在宇宙中，氫氣是最豐富的元素，約佔所有物質質量的75％，並以氫、氘（Deuterium）及氚（Tritium）等三種同位素的型態存在於自然界，亦可與碳及其他元素形成化合物存在於所有動、植物中。另外，氫氣約佔水質量的11％，其與氧氣燃燒時可產生約2,600℃高溫，用電弧或加熱鎢絲將氫分子解離為氫原子，然後將這些原子重新化合時，甚至可以產生3,400℃以上的高溫。
由於1970年代的兩次能源危機，致使再生能源與氫能備受重視。以美國為例，氫氣的年產量超過800萬噸，主要用來製造氨氣、甲醇及石化工業中之加氫脫硫與裂解反應；其中，液態氫更被用於電廠以冷卻大型發電機。另外，氫氣在太空計畫中亦扮演重要角色，根據美國太空總署（NASA）的統計資料顯示，每年約有9千噸的氫氣被當作太空梭、火箭之燃料，以及太空梭內燃料電池發電系統之反應物，且燃料電池所產生的水還可供太空人飲用或盥洗。
產製與儲存
由於氫氣不是初級能源，必須自煤炭、石油、核能等進行轉換產製使用，其生產方法若以原料來源做區分，大致上可以分為兩大類，一類是由化石原料產製氫氣，主要商業化的製程有：蒸氣重組法（Steam Reforming）、部分氧化法（Partial Oxidation）、水煤氣法（Coal Gasification）。另一類則為非化石原料製氫法，包括：水電解法（Water Splitting by Electrolysis）、水光電解法（Photoelectrochemical Water Splitting）及實驗室中少量製氫法等。
再者，氫氣的儲存系統根據用途的不同可分為四種：
一、固定式大型儲存系統
適用於氫氣生產工廠的管線末端，用於儲存大量氫氣，通常使用高壓及低溫法儲存，因此儲存系統包含壓縮機以及冷卻系統等設備。
二、固定式小型儲存系統
此種儲存系統適用於需要氫氣為進料的工廠，其規模視工廠的需求而定。
三、可移動式儲存系統
包含大型之可移動式儲氫槽與小型的儲氫卡車。
四、燃料用儲存系統
主要供給氫氣做為公車、汽車或機車等交通工具之燃料使用，常用的方式有儲氫高壓鋼瓶或低壓的儲氫合金鋼瓶等。
目前儲氫的方式有很多種，依照儲存狀態可區分為：氣態高壓儲氫法、液態儲氫法、儲氫合金吸放氫法及微碳管吸放氫法等。
環保新尖兵
關於氫氣的利用技術，氫氣可以用於合成甲醇、氫氣引擎、合成氨、燃料電池、化石工業之應用等。合成甲醇由於其生產成本較低且用途廣泛，為有機化學工業的主要原料之一，亦為重要的石油化學品，其主要用途可以用來製造甲醛，其次可以製造對苯二甲酸二甲酯（DMT）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲胺、聚乙烯醇、氯甲烷類、醋酸等，此外甲醇尚可做為溶劑與燃料，若有需要還可再製成氫氣。
在氫氣引擎方面，氫氣燃燒後僅產生純淨的水，對於環境零污染，因此適合發展氫氣內燃機引擎，具省能、環保等優點。燃料電池則為極具發展潛力之綠色發電工具，目前廣獲各國重視，近期發展中之燃料電池以低溫型的質子交換膜燃料電池為主，其所使用的燃料即為氫氣，因此若能夠提供安全且有效的氫氣，將可促進燃料電池之商業化，並成為21世紀的重要能源裝置。
氫能時代
目前氫氣仍自化石燃料產製居多，展望未來，氫氣將由太陽能分解水而來，同時產生人類呼吸所需之氧氣，再經由氫氣儲存及運輸系統將氫氣傳送到所需的地方，如此形成「氫能循環」迴路；同時氫氣的生產方式將有重大突破，運用生物科技大量製氫，並將氫能循環由「碳循環」中獨立出來。
在氫能循環漸次替代現有的碳循環之際，屬於氫能的時代裡將有許多關於氫經濟的活動，諸如氫能的公共設施、氫氣的市場、氫氣的利用技術等。而氫能時代的實現，則需依靠市場競爭的趨勢和人類對於環境保護的重視，以及高科技的研發團隊共同完成。期望明日的將來，將是一個環保與經濟相輔相成的世代，也就是所謂的氫能時代來臨！（資料參考：台灣燃料電池資訊網 tfci.org.tw）