透視臺灣氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)

透視臺灣氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)

劉大成++閻桂蘭燃料電池是一種直接將燃料經(jīng)由電化學反應而發(fā)電的裝置，其燃料包括氫氣、甲醇、乙醇、天然氣甚至汽油。而氫因為能量密度高，來源多元化，所以適合用于燃料電池。氫能源即為利用燃料電池裝置使化學能變成電能，其應用涵蓋分散型發(fā)電系統(tǒng)、運輸載具與便攜式3C（電腦、通信、消費）產(chǎn)品。目前全球燃料電池產(chǎn)品尚處于市場進入階段，歐美發(fā)達國家政府通過購銷補助、減稅或電價采購費率優(yōu)惠等政策輔導，以期加速擴大應用，降低售價。氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述根據(jù)國際燃料電池產(chǎn)業(yè)FuelCellToday雜志2013年發(fā)布的產(chǎn)業(yè)報告，全球燃料電池市場總規(guī)模持續(xù)增長，裝置容量當年達到約176兆瓦，其中以定置型發(fā)電應用市場最大，占當年度裝置容量128兆瓦，且連續(xù)5年增長，而在日本發(fā)生311震災后，定置型發(fā)電市場更較2012年增長近50%，其中日本2013年度售出約7萬臺家用燃料電池熱電共生系統(tǒng)，同期間商用大型發(fā)電機組裝置容量平均有約70%增長，無線通訊基地臺與中繼站也繼續(xù)導入燃料電池備用電力系統(tǒng)，且燃料電池電動拖板車在北美地區(qū)已進入大型商場。臺灣自產(chǎn)能源有限，但能源密集度偏高，為提升能源使用效率、減少溫室氣體排放及降低空氣污染，且氫能具有來源多元（尤其是可再生能源）可提升島內長期能源安全特性，所以氫能與燃料電池成為島內新能源技術開發(fā)重點項目之一。隨著國際燃料電池應用市場逐漸展開，為落實技術產(chǎn)業(yè)化以爭取綠色經(jīng)濟商機，臺當局將氫能與燃料電池納入“綠色能源產(chǎn)業(yè)旭升方案”重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，自2009年起針對島內設置燃料電池發(fā)電系統(tǒng)示范運轉給予補助，以期臺灣成為國際燃料電池市場供應鏈重要一環(huán)。根據(jù)臺當局能源管理部門的統(tǒng)計，2012年島內燃料電池發(fā)電系統(tǒng)示范運轉裝置容量已達0.52兆瓦，以電信基地臺備用電力與兩輪電動代步車應用項目為主，同時也涵蓋電動堆高機（也稱叉車）、城市觀光游艇、移動式電源等應用，得到實際使用驗證并提升產(chǎn)品可靠度，2013年另有0.19兆瓦準燃料電池產(chǎn)品加入示范運轉，希望開啟商品化導入契機。燃料電池發(fā)展趨勢主要為輕薄化、低成本、壽命長、高效率。輕薄化主要是應用在便攜式3C產(chǎn)品，由于燃料電池成本仍高，低成本且壽命長才能提升市場競爭力，而燃料電池最大市場為車輛應用，因此國際車廠皆致力于高容量儲氫容器開發(fā)、燃料電池耐久性及單位能量密度提升。目前島內氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模不大（見圖2），企業(yè)以開發(fā)燃料電池系統(tǒng)廠商居多，燃料電池零件材料則以研發(fā)雙極板廠商較多。受限于海外專利箝制與自有技術能力不足，膜電極組、氣體擴散層、質子交換膜等核心關鍵材料與組件雖有廠商投入開發(fā)，但尚未達商業(yè)化量產(chǎn)程度，仍需依賴進口，導致產(chǎn)品成本居高不下。臺當局正在協(xié)助島內企業(yè)建立關鍵材料自主技術與系統(tǒng)整合能力，包括復合碳板、電池組、天然氣重組器、固態(tài)化學儲氫與微型燃料電池等項目，以強化島內廠商研發(fā)能力，并成立周邊組件開發(fā)聯(lián)盟，使周邊組件能朝供應本土化及降低成本為目標。島內氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值目前較小，2013年約新臺幣35億元，臺當局正在通過示范運轉、測試驗證與標準制定、政策型企業(yè)科專及能專等計劃以扶植產(chǎn)業(yè)發(fā)展。為擴大島內氫能與燃料電池產(chǎn)品應用實績與規(guī)模，進一步驗證產(chǎn)品的可靠度與壽命，自2009年起，臺當局能源管理部門推動“31號燃料電池示范運轉補助計劃”，補助企業(yè)自行開發(fā)產(chǎn)品，并提供示范驗證機會，以加速利基產(chǎn)品開發(fā)與市場導入，至2013年12月為止，累計投入新臺幣3.75億元，輔導23家廠商48件示范項目，開展對長效型發(fā)電機、UPS/備用電力、摩托車、電動觀光船與堆高機等產(chǎn)品進行長期示范驗證，廠商自行投入經(jīng)費達新臺幣4.5億元以上，共建成712千瓦燃料電池示范系統(tǒng)。發(fā)展策略與方向島內機電產(chǎn)品整合與制造能力強，具備零組件供應工業(yè)基礎，有利降低成本，加上燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈皆有廠商布局，形成發(fā)展氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)有利條件。不過目前相關企業(yè)對關鍵材料、元件與周邊組件技術自主程度有待提升，產(chǎn)品可靠度、效率與壽命亟待更多的實績驗證，產(chǎn)品標準尚未建立完備，仍需臺當局協(xié)助廠商強化關鍵元件自主能力，以降低制造成本，并以示范補助提供企業(yè)建立實績機會，才能帶動氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其相關推動策略如下：發(fā)展質子交換膜燃料電池的膜電極組、氣體擴散層、雙極板與運轉輔助系統(tǒng)等關鍵零組件研制能力，強化島內產(chǎn)業(yè)鏈與供應能力，并協(xié)助企業(yè)切入國際供應鏈。另外著重研發(fā)低加濕膜電極組、助效重組電熱共生系統(tǒng)、高溫質子交換膜燃料電池系統(tǒng)、家用冷熱電共生發(fā)電系統(tǒng)等次世代關鍵技術，盡快擁有自主專利，達到與國際產(chǎn)品差異化，提高島內產(chǎn)品競爭力。目前島內產(chǎn)品標準尚未制定完備，缺乏規(guī)范，形成使用上不確定因素，終端應用市場不敢貿然采用，使得產(chǎn)品推廣不易。推動相關性能與安規(guī)檢驗標準及認證制度，并建立國家級燃料電池檢測與驗證中心，可增加潛在使用者信賴程度，以加速商品化開發(fā)時程。島內氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚未進入增長期，仍需以擴大內需促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，藉由持續(xù)推動島內示范補助，帶動上、中、下游產(chǎn)業(yè)鏈整合，以縮短商品化時程。下階段產(chǎn)品示范驗證，將引導島內生產(chǎn)及應用廠商建立合作關系，建立商品化模式。特別在備用電源與移動輔助電力領域，協(xié)助島內系統(tǒng)大廠與電信企業(yè)結盟，通過對終端使用者的補助，使早期市場產(chǎn)品導入。此外，逐步發(fā)展氫能交通載具，藉以擴大市場與產(chǎn)業(yè)規(guī)模。按照臺當局“綠色能源產(chǎn)業(yè)旭升方案”的規(guī)劃，未來臺灣科研機構和相關企業(yè)的首要發(fā)展重點以定置型燃料電池應用產(chǎn)品為主。有關三大類燃料電池應用類別（定置型、運輸動力及便攜式燃料電池）差異，應朝向先定置型而后運輸動力順序發(fā)展，主要著眼于定置型燃料電池系統(tǒng)具備以下特性：（1）無需額外考慮載具問題，即定置型系統(tǒng)產(chǎn)品直接以電力做為產(chǎn)出供應其他設備使用，本身并無載具問題，成本壓力相對較小，也較無與其他設備整合問題；（2）容易掌握燃料后勤規(guī)劃，雖然現(xiàn)階段各種氫燃料供應基礎建設皆在萌芽階段，但對于定置型系統(tǒng)產(chǎn)品而言，定點燃料補給方式有助于降低后勤規(guī)劃困難度；（3）與替代產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢：定置型系統(tǒng)產(chǎn)品兩項主要替代產(chǎn)品為發(fā)電機（以柴油發(fā)電機為主）與二次電池（以鉛酸電池為主），雖然目前與這兩種非常成熟產(chǎn)品相比下仍有相當價差，但由于燃料電池也同時具備這兩種替代產(chǎn)品所欠缺產(chǎn)品特性，容易因此找出獨特市場區(qū)隔，建立燃料電池所屬利基市場，避免直接在售價上競爭。由于燃料電池兼顧能源安全、經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護三大效應，國際市場上手機基地臺的備用電力此一利基市場已在各種定置型系統(tǒng)產(chǎn)品中脫穎而出，另外住商用熱電共生系統(tǒng)（CHP）也是推動中定置型燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品。以日本為例，每年都有一定數(shù)量具體案例。這類產(chǎn)品往往與重組器互相搭配，采取“當?shù)禺a(chǎn)氫、即產(chǎn)即用”模式運作，雖然需要同時整合兩組系統(tǒng)運作，但是卻能大幅降低發(fā)電成本，克服氫燃料輸送與儲存兩大課題。而在熱帶或亞熱帶地區(qū)，則可以發(fā)展整合高溫質子交換膜燃料電池與儲氫吸附制冷家用冷熱電共生系統(tǒng)，以分散式能源技術滿足舒適空調與提升安全需求。燃料電池作為電動車動力，未來也有很大市場潛力。國際能源署早已將燃料電池視為減緩交通部門溫室氣體排放量的最佳解決方案之一，燃料電池車行駛里程數(shù)也非現(xiàn)有電動車所能比較。此外，世界知名品牌車廠在燃料電池領域的專利布局，已透露出運輸動力市場潛力，各家企業(yè)也都預計在2015年推出相當規(guī)模的燃料電池車車隊。以日本、德國為例，公共部門已著手興建氫能高速公路所需基礎設施，一旦氫燃料供應問題獲得解決，燃料電池車正式商業(yè)化運轉時間點將指日可待。以現(xiàn)有市電價格與汽柴油價格做為比較基礎，燃料電池每發(fā)1度電成本遠高于市電價格，而每行駛1公里的氫燃料價格對比汽柴油價格就相對顯得具有競爭優(yōu)勢。臺灣島內有數(shù)以千萬計摩托車，島內摩托車產(chǎn)業(yè)不但技術成熟且各項供應鏈也都相當完整，如能順利將燃料電池摩托車正式導入商業(yè)運作并解決氫燃料供給，對交通將帶來可觀減碳效果。以燃料電池為動力的倉儲搬運設備（含堆高機）具有廣泛運用范圍，充氫所需時間與空間都更為經(jīng)濟，也不會因為電量下滑導致操作電壓不足，對環(huán)境影響小于傳統(tǒng)鉛酸電池，更沒有在廠房內排放有毒廢氣等多項優(yōu)點。如能配合臺當局所提供誘因，燃料電池堆高機市場可望能迅速增長。美國甚至已經(jīng)有企業(yè)配合政府補助采購一批燃料電池堆高機后，仍愿意在無后續(xù)補助條件下追加訂單案例。目前國際市場上，由于基礎建設還未能完全支持運輸動力燃料電池應用，而檢視島內在各種運輸動力載具的產(chǎn)銷能力，不難發(fā)現(xiàn)摩托車與倉儲搬運設備的發(fā)展?jié)摿h大于一般輕型車輛，未來也將先考慮朝向非道路用車（高爾夫球車、殘障用車）或船舶動力領域發(fā)展。此外，便攜式3C產(chǎn)品市場龐大，其燃料電池產(chǎn)品發(fā)展?jié)摿€有待觀察。相比于定置型與運輸動力燃料電池系統(tǒng)可望在短期內正式導入商業(yè)運作，便攜式產(chǎn)品前景則有較多變數(shù)有待克服。便攜式產(chǎn)品相比于既有替代產(chǎn)品（如傳統(tǒng)電池或鋰電池）雖然具有供電時數(shù)較長優(yōu)勢，但是在成本與操作便利上則居于劣勢；盡管不乏家電或3C企業(yè)持續(xù)關注搭配燃料電池可行性，短時間內仍需盡快與某一量產(chǎn)商品完成整合，并突顯優(yōu)異產(chǎn)品性能，才能讓此一應用類別前景更加明朗。標準檢驗與國際接軌為當務之急如何讓使用者愿意購買燃料電池，除了符合經(jīng)濟效益之外，有些非經(jīng)濟因素考量其實更具有影響力，即必須做到讓使用者對燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品“買得安心、用得放心”，拓展市場才能收到事半功倍之效。提升使用端信心的做法有很多種，其中之一就是通過公正的第三方檢測單位核發(fā)認證標章；更重要的是，島內燃料電池企業(yè)應著眼為全球化國際市場，僅取得島內認證標章對于外銷業(yè)務幫助有限，如果能夠直接根據(jù)國際共通標準設立測試實驗室，再與主要跨國認證機關如UL、TüV交互授權，將島內自主商品檢驗能力與國際標準接軌，可以大幅降低島內企業(yè)將系統(tǒng)產(chǎn)品送往海外取得標章的費用。另一種提升使用者信心的做法是為消費者投保，協(xié)助島內燃料電池企業(yè)建立產(chǎn)業(yè)公會，并以公會形式集體投保，就能兼顧分散風險與降低保費兩項目標，而健全標準檢驗機制并提供認證標章作法，更有助于提高保險公司受理意愿。因此，在厘清島內燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品應聚焦在利基市場加強推廣的同時，也應相對建立起燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品檢驗與認證機制、提高產(chǎn)品資訊透明度，消除使用者購買決策時對于非經(jīng)濟因素顧慮，才能真正讓燃料電池在利基市場中發(fā)揮優(yōu)勢。過去示范驗證補助目的在于制造生產(chǎn)出市場上可用產(chǎn)品，在形式上，以單一計劃為主，往年補助案基本上根據(jù)申請計劃裝置容量規(guī)模，代入計算公式后再參照當年度預算額度設算出各案的補助金額，其中無法反應燃料電池系統(tǒng)或零組件成本下滑調整空間，也無法引用國際市場行情檢視申請計劃經(jīng)費編列有無競爭力。為協(xié)助島內企業(yè)完成與國際市場接軌工作，臺當局示范獎勵措施正在逐漸朝向具有成本優(yōu)勢島內企業(yè)為前提，以量產(chǎn)為目標，并參考燃料電池國際市場有效成本做為補助經(jīng)費的核算依據(jù)，并采補助金額逐年漸退的模式，為將來全球化競爭市場預作準備。產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展指標與時程有關島內外氫能與燃料電池技術發(fā)展指標，詳見表1。氫能源生產(chǎn)技術在分離助效式重組產(chǎn)氫技術上，重點為開發(fā)長壽命高穩(wěn)定反應器及低成本鈀與非鈀透氫薄膜。2012年完成搭配氫能示范站的實驗型天然氣重組供氫設備，2013年則開始引入液化石油氣重組技術，擴大應用層面，預計2020年推出商業(yè)化系統(tǒng)。分散式水電解產(chǎn)氫技術，2015年建立小型示范系統(tǒng)，2020年完成高效率電解系統(tǒng)開發(fā)，長程目標則結合高溫熱化學產(chǎn)氫。生物質能產(chǎn)氫，包括生物質燃料電漿重組技術及生物質廢水微生物產(chǎn)氫，預計2015年完成多元物料電漿產(chǎn)氫驗證，并投入商業(yè)型系統(tǒng)開發(fā)，2020年完成產(chǎn)業(yè)廢水與廢棄物回收能源化技術，并進行商業(yè)推廣規(guī)模。太陽光電化學直接產(chǎn)氫，現(xiàn)階段到2015年投入太陽能產(chǎn)氫的基礎研究，重點在可見光催化保護層開發(fā)，2025年后開發(fā)光催化量產(chǎn)制程。未來臺灣氫氣生產(chǎn)技術發(fā)展歷程如表2所示。氫能源固態(tài)儲存技術安全儲存和運輸為氫能利用關鍵，相比于氣態(tài)壓縮儲氫以及低溫液態(tài)儲氫而言，固態(tài)儲氫技術利用材料特性進行氫氣儲存，體積儲氫容量大，不需高壓及隔熱容器，具備儲存及運輸上的安全性。預計在2015年內完成可逆儲放氫材料開發(fā)與系統(tǒng)制作，逐步落實氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。各式固態(tài)儲氫應用系統(tǒng)最大障礙，在于材料儲氫性能尚未大幅突破、儲氫系統(tǒng)可靠度與耐用性不佳。因此，短程研發(fā)重點在于材料性能突破與儲氫系統(tǒng)開發(fā)；中長程應用則將開發(fā)出固態(tài)儲氫系統(tǒng)落實于應用端整合。未來臺灣固態(tài)儲氫技術發(fā)展歷程圖如表3所示。質子交換膜燃料電池技術近年來國際定置型系統(tǒng)發(fā)展皆已先后完成部分示范驗證成果，顯示質子交換膜燃料電池技術成熟度及未來潛力應用市場。表4為未來臺灣質子交換膜燃料電池發(fā)展時程規(guī)劃，短程（至2015年）為屬于市場導入期，藉由建立燃料電池自動化組裝技術，提升電池可靠度與量產(chǎn)能力，加上關鍵組件技術自主及性能提升，進一步降低燃料電池生產(chǎn)成本；預計2015年可提升燃料電池操作溫度>120℃，除可提升熱回收效率外，可大幅簡化燃料電池系統(tǒng)與重組器系統(tǒng)設計，在達成降低燃料電池成本效應方面將更為顯著。中程（至2020年）將逐步擴大社會實證工作規(guī)模，除持續(xù)提升產(chǎn)品可靠度與耐久性能驗證之外，建立燃料電池產(chǎn)品定位，并提升社會大眾接受度與使用信心，預估在2025年（長程）在備用電力與家用系統(tǒng)將可進入普及推廣應用階段。同時，由于燃料電池商品普及與技術成熟，島內氫能與燃料電池將廣泛應用于移動載具交通動力市場。島內氫能源生產(chǎn)技術發(fā)展現(xiàn)況與成果由于地球自然界氫氣相當稀少，因此需要倚賴人工生產(chǎn)技術獲得氫氣。目前氫氣來源主要包含下列幾項：化石原料重組、煤炭氣化、工業(yè)副產(chǎn)物、水電解。較新產(chǎn)氫方式尚包括光催化水分解、生物質物裂解、微生物發(fā)酵、高溫水裂解等。由于先進產(chǎn)氫技術發(fā)展限制，先進產(chǎn)氫技術欲達到大型商業(yè)化規(guī)模仍有相當長距離，因此在未來20～30年內，氫氣產(chǎn)生預期仍將由化石原料重組（主要是天然氣）與煤炭氣化等傳統(tǒng)技術主導。由于臺灣屬能源進口地區(qū)，在化石原料的取得非完全自主決定之下，提升現(xiàn)有產(chǎn)氫技術生產(chǎn)效率（或能源效率），同時發(fā)展多樣化再生能源產(chǎn)氫技術，對于臺灣而言為最具經(jīng)濟、節(jié)能與環(huán)保效益做法。以下分別說明目前島內幾項發(fā)展中的氫氣生產(chǎn)技術：分離助效式重組產(chǎn)氫所謂分離助效，是指將反應特定產(chǎn)物，在反應進行過程中自程序里移除，使該反應化學平衡遭破壞而持續(xù)朝產(chǎn)物方向移動，因而提升反應轉化率。目前工業(yè)上以天然氣為主化石原料重組程序，操作溫度多在750℃以上始能獲得較高轉化率，重組反應后氣氛再經(jīng)水移轉化反應將一氧化碳轉化為二氧化碳，同時產(chǎn)生更多氫氣，最后進入變壓吸附塔內將各成份氣體分離而可獲得高純度氫氣（99%以上）。重組技術已相當成熟，但由于程序中牽涉到氫氣分離與純化，因此氫氣分離膜在當中有很好應用機會。將純鈀或鈀合金膜為主氫氣分離膜結合重組器，可迅速將氫氣自重組反應中移除，不但能在相對低的溫度（<600℃）下即獲得接近100%轉化率，也因鈀膜對氫氣具專一性過濾特性，故能即時獲得高純度氫氣，等于節(jié)省了傳統(tǒng)重組系統(tǒng)后段純化程序。薄膜重組技術在實際應用上有幾個層面需加以克服或改良：（1）濾氫薄膜在400℃以上易有性能逐漸衰退現(xiàn)象，與重組反應溫度有很大落差，在同時考量兩部分特性之下，重組器設計有其難度；（2）鈀金屬成本高，但期望降低薄膜厚度以減少鈀用量時，必須考慮其過濾性能與機械強度可能會較差，不利長期使用，故必須提升薄膜與基材間貼附性；（3）薄膜分離必須在有壓力的條件下才能發(fā)揮性能，然而壓力來自需耗能加壓系統(tǒng)，因此應設法提升氫氣通量以相對減少壓力需求，然此同時也必須兼顧氫氣過濾能力。水電解產(chǎn)氫技術電解水產(chǎn)氫目前技術瓶頸受限于電力來源與電解效率等條件，而現(xiàn)有商業(yè)化技術中其所具有的市場價值不高，由于近年來因其技術可搭配可再生能源使用，如太陽能與風力發(fā)電，因此其產(chǎn)氫市占比例有逐年上升趨勢；綜觀而言，電解技術仍有許多問題有待解決，因此目前大部分研究，主要針對其系統(tǒng)電解效率提升與降低電極材料成本，如是使用較便宜非貴重金屬電極材料開發(fā)，添加催化劑以降低系統(tǒng)所需花費電力，或是采用中性電解質，以改善傳統(tǒng)所使用堿性電解質造成的設備腐蝕性問題等。目前商業(yè)化硅基太陽光電轉換效率電池可達17%～23%，實驗室中電池可達24%以上，太陽光電模組效率可達15%以上。在電解技術方面，目前傳統(tǒng)堿性電解器其效率可達47%～82%低位熱值（簡稱LHV），其產(chǎn)生1立方米的氫氣則需要5.34度電，使用電解水產(chǎn)氫方式，其電解效率可達48%～65%低位熱值，而生成1立方米的氫氣則需要6.23度電。如使用改良后的電極及隔膜材料，堿性電解器效率有機會可提升到80%～85%。依此估計，現(xiàn)行商業(yè)化生產(chǎn)水準太陽光電搭配電解水技術可達到效率為10%左右。太陽光催化產(chǎn)氫現(xiàn)行以太陽光電搭配電解技術產(chǎn)氫，每公斤氫氣生產(chǎn)成本大于10美元，遠超過美國能源部的產(chǎn)氫目標；若采用太陽光電化學產(chǎn)氫技術，當產(chǎn)氫轉化效率可達10%時，即與現(xiàn)行太陽能結合電解技術效率相當，預估其每公斤氫氣的生產(chǎn)成本可以大幅降至2至4美元，極具發(fā)展?jié)摿ΑＬ柲墚a(chǎn)氫的技術大致上可粗分成兩種形式，其一為光電化學產(chǎn)氫技術，此類產(chǎn)氫方式主要是以光催化制備成產(chǎn)氫還原電極材料，并搭配產(chǎn)氧的電極材料，而中間則使用隔離膜以分開所產(chǎn)生的氫氣與氧氣，如同一般常見的電解水形式，分別于陽極與陰極產(chǎn)生氫氣與氧氣，此方式的優(yōu)點在于可藉由提供偏壓增加水分解的能量。另一方法為光催化反應產(chǎn)氫技術，即光催化反應為所有水分解過程中的氧化還原反應均發(fā)生于光催化材料表面上，其機制與原理為：光催化在吸收大于本身材料能隙值的光子能量后會產(chǎn)生電子-空穴對；光激發(fā)載子分離且擴散至催化表面；光激發(fā)產(chǎn)生的電子、空穴在表面分別產(chǎn)生氫氣與氧氣。在此運作機制下，光催化應滿足3個要求：高穩(wěn)定性，足夠能階差距（1.6～2.2電子伏），能階必須與水氧化還原電位匹配，即催化導帶能階高過還原反應（氫離子反應產(chǎn)生氫氣）電位，價帶能階須低于氧化反應（水反應產(chǎn)生氧氣與氫離子）電位。已知符合要求光催化并不多見，因此新概念設計為利用雙槽式光反應器，結合太陽光電池與光催化，以提升電子或降低空穴的氧化還原電位，達到水分解產(chǎn)氫的目的。目前臺灣已開發(fā)的光催化材料中，大部分為紫外光光催化材料。在日光光譜中，僅有少量的紫外光存在，大部分能量皆屬可見光范圍，因此開發(fā)此范圍內材料為現(xiàn)階段光催化產(chǎn)氫技術研發(fā)重點。氫能源固態(tài)儲存技術發(fā)展現(xiàn)況與成果吸附式固態(tài)儲氫技術吸附式儲氫材料系藉由材料本身孔隙與具有高比表面積，進行氫氣的吸附儲存，優(yōu)勢在于儲氫容量大、室溫條件下即能穩(wěn)定放氫。目前技術瓶頸在于氫氣吸附溫度太低（77K）以及室溫的儲氫量不高。為提升儲氫材料應用競爭性，島內已投入各式多孔碳基材合成與開發(fā)，并藉由表面改質與催化劑添加手法提升其儲氫性能。目前臺灣吸附式固態(tài)儲氫技術重要研發(fā)成果包括：已開發(fā)出低成本的高比表面積吸附材料制備技術，合成出比表面積>1000平方米/克的多孔碳材料，藉由表面處理對碳材料表面進行官能基改質，使碳材料表面可以順利合成催化，并在室溫下進行儲放氫反應；已開發(fā)出具有納米尺寸活性金屬催化劑制備技術，并通過物理與化學性制程將納米催化劑披覆于多孔碳基材表面，藉由催化劑催化與氫溢流機制提高吸附碳材儲氫溫度（由77K提升至室溫）與儲氫量，實際量測顯示，使用催化劑披覆后多孔碳材可在室溫測量下，其儲氫量由原0.8wt%提升至1.9wt%。固態(tài)金屬儲氫技術金屬或合金可藉由形成氫化物方式來達到儲氫目的，目前技術瓶頸在于具有高儲氫量的合金儲放溫度過高，而可在低溫/室溫儲放的氫合金卻不具備高儲氫量。故此一儲氫技術傾向應用于定置型儲氫系統(tǒng)及熱泵系統(tǒng)應用。技術研發(fā)重點則是著重于儲氫動力速度提升。島內專利技術以納米化制程突破鎂系金屬儲氫材料在吸放溫度、吸氫量及吸氫速率上的限制。目前固態(tài)金屬儲氫技術重要研發(fā)成果包括：藉由碳納米管研磨技術，使鎂基合金于較短的制程時間內達到最佳納米化效果。此一納米化結構，促使鎂系納米復合材料吸氫量在60秒內可以達到材料吸氫總量的95%以上，而在150℃吸氫溫度下可以吸氫達到6.0wt%；已開發(fā)出將各種催化均勻分散于鎂基材料載體上的制程方法，藉由Nb2O3催化劑添加，使鎂系合金材料的吸氫溫度降至室溫，儲氫量>4wt%；通過鐵、鈦、鎳等活性催化劑的添加與披覆，可促使鎂合金放氫溫度由370℃降低至140℃，儲放氫量>4wt%。質子交換膜燃料電池發(fā)展現(xiàn)況與成果島內科研機構在臺當局燃料電池示范運行補助計劃帶動下，正積極全力開展質子交換膜燃料電池（PEMFC）利基產(chǎn)品與核心關鍵元件的技術自主研發(fā)，已促成氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)由實驗室階段進展至系統(tǒng)產(chǎn)品應用驗證進程，并開創(chuàng)及帶動島內燃料電池企業(yè)投入電信基地臺備用電源、定置型發(fā)電機、兩輪摩托車、四輪運具、物流中心推高機、車用輔助電源與船舶動力等各種新應用；同時也活絡島內產(chǎn)業(yè)對氫能與燃料電池生產(chǎn)投資與策略聯(lián)盟活動，島內不但陸續(xù)衍生出許多大型企業(yè)新創(chuàng)事業(yè)或新創(chuàng)公司，而在氫能燃料電池上中下游產(chǎn)業(yè)鏈的水平分工與垂直整合，也已獲致良好成效。在燃料電池技術研發(fā)成果上，可以由下列幾個方面來說明。膜電極組：2013年度導入量產(chǎn)型生產(chǎn)設備，除提高催化混合及分散的穩(wěn)定性外，并利用量產(chǎn)型片狀基板涂布機與膜電極組熱壓轉印機臺，建立島內膜電極組的自制量產(chǎn)能力，催化層涂布面積為25厘米×40厘米，制作膜電極組活性面積達256平方厘米（16厘米×16厘米）。金屬雙極板：使用316L耐酸堿不銹鋼板作為金屬基材，輔助以高溫或是酸洗調控基板鉻/鐵表面成份比，進行表面薄型石墨化處理，得到導電度達150S/厘米以上，腐蝕電流為0.93微安/平方厘米，完成不銹鋼抗蝕膜層制作，并以定電流10A放電進行單電池長期測試，測試時間已超過1500小時，電壓衰退率<1.5%。燃料電池組設計與系統(tǒng)整合技術：完成高電力密度電池組技術開發(fā)，燃料電池性能達1000毫安/厘米，體積與重量功率密度則分別達1616瓦/升與1634瓦/千克。燃料電池熱電共生系統(tǒng)效率提升：主要為通過熱交換器設計改良與熱回收控制參數(shù)調整完成，目前系統(tǒng)熱回收效率為47.7%，加上系統(tǒng)的凈發(fā)電效率30.6%，系統(tǒng)熱電共生總能源使用效率可達78.3%，長期耐久性運轉測試累計共進行14，000小時，運轉過程中系統(tǒng)無任何異常停機紀錄，耐久性能已明顯獲得改善。燃料電池檢測驗證平臺：完成檢測驗證平臺認證規(guī)劃、品質系統(tǒng)和儀校系統(tǒng)，通過TAF臺灣認證基金會的測試實驗室認證，通過TAF所認證的實驗室所出具的報告，可于iLAC-MRA國際實驗室體系的簽約國家及組織直接接受。燃料電池示范驗證燃料電池屬國際前瞻能源技術，也為少數(shù)在國際市場萌芽階段即有島內廠商積極投入的綠能產(chǎn)業(yè)。為協(xié)助企業(yè)將實驗室技術導入市場，掌握燃料電池市場商機，臺當局經(jīng)濟管理部門自2009年開始推動“燃料電池示范運轉補助作業(yè)”，目的是輔導企業(yè)進行燃料電池產(chǎn)品的示范運轉及驗證測試，帶動上、中、下游產(chǎn)業(yè)鏈整合，引導島內生產(chǎn)及應用廠商建立合作關系，建立應用產(chǎn)品的商業(yè)模式，加速商品化時程；同時在產(chǎn)品品質上再求精進，制造成本再求突破，以實現(xiàn)打開島內外燃料電池市場目標。自臺當局經(jīng)濟管理部門啟動“燃料電池示范運轉補助作業(yè)”后，已與18家企業(yè)簽約，開展37項示范運轉項目建設，計劃經(jīng)費總計超過新臺幣7億元，其中補助預算超過新臺幣3億元；各項計劃內容包括電信用備用電力、輕型運輸工具動力、可再生能源整合系統(tǒng)、較大功率發(fā)電設備等各種應用形式，讓島內投入氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)企業(yè)，有一個實際將研發(fā)成果轉化為商品化的渠道，進而驗證島內企業(yè)的技術能力。統(tǒng)計歷年示范運轉燃料電池系統(tǒng)建設情況，主要應用分為三類，包括：定置發(fā)電、移動設備及運輸動力等（如表5所述），而示范運轉區(qū)域分布于北、中、南等三區(qū)域。進一步分析各年度所有廠商示范計劃執(zhí)行成果，包括累積發(fā)電量、累計運轉里程、運轉累積小時數(shù)、積耗氫量等，如表6所示。從現(xiàn)階段補助