高溫產氫技術會促成氫經濟概念實現嗎?

更新時間: 2021/01/24 10:35
氫經濟中的運輸和儲存部分在發展,但速度比不上應用,目前實現氫經濟的關鍵在於產氫技術。示意圖,移動式的加氫站。資料照片

呂錫民/工業技術研究院能源與環境研究所前研究員

儘管氫是宇宙最豐富的元素,但自20世紀70年代以來,產氫技術一直是能源界研究的議題,目標在於尋求大規模且高效的產氫方法,主要驅動力來自「氫經濟概念(Hydrogen Economy Concept)」的引入,亦即,以氫代替石油成為全球能源系統的基礎。

氫經濟由四大領域組成:生產、運輸、儲存和應用。目前它們處於不同的發展水平;但是,最熱門的領域在於應用,無論是運輸工具或其他中大型發電項目,氫應用具有可接受的發展水平,尤其是汽車工業,氫能車已成運輸革命的明日之星。氫經濟中的運輸和儲存部分也在發展,但速度比不上應用,儘管有些技術已接近商業化階段。

目前,實現氫經濟的關鍵在於產氫技術,因為當今氫原料的最大產量來自天然氣重整,但該方法具有許多缺點,包括:能源效率低、污染氣體排放水平高、以及對化石燃料的依賴性強,替代性產氫方法必須開發出來,其中又以高溫產氫技術最受倚重。

舉例來說,熱化學循環在20世紀70年代蓬勃發展,有不少大規模生產施行方案建立。目前,美國General Atomics、Savannah River National Laboratory等最新開發的銅氯(Cu-Cl)循環,在550-600°C高溫下,透過幾種化學反應可解離水分子,有望成為產氫的關鍵製程。從理論上講,該製程僅需添加熱量和水。

與此同時,第四代核反應器在經驗積累之下,具有很高的安全標準,除了滿足核廢料安全性和高燃燒要求之外,一些反應器還可以很高的溫度運行,已經成為當前工業界高溫產氫的當紅炸子雞。理論上,出口溫度可達1000℃。在特定情況下,餘熱也可用於海水淡化,藉以提升整體製程效率。

展望未來,配合高溫源的模組化,熱化學水解反應(如Cu-Cl循環),除了能夠滿足氫經濟概念的最高境界:氫、熱、電三相共生之外,餘熱尚可用於海水淡化,在有特殊能源及飲水需求下,如半沙漠地區和台灣偏遠離島,該方法尤其適合使用。

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