產業追蹤/脫碳轉型 實踐氫經濟願景
近年來氫能已經成為各國重要的發展議題。然而把氫當成能源載體只是氫應用的一部分,我們應該更廣義的從經濟面來談,也就是所謂的「氫經濟」。相對應的是石油經濟。廣義來說,石油經濟應包含煤及天然氣等能源來源。以氫經濟取代目前的石油經濟是一個長遠目標,但這個過程充滿各種挑戰,需要持續不懈的努力。
根據美國能源資訊署的資料,一桶原油產出約85.6%為各類動力用油(如汽柴油)以及加熱與工業用油,其他14.3%的產出則提供我們約6,000類日常用品及高科技產品的材料,最明顯的例子就是塑膠及人造纖維。人類據此發展出的石油經濟已有近150年的歷史,從開採,煉製一直到各種終端產品的製造,建構非常龐大的產業鏈以及成熟製程。
據統計,2021年全球石油煉製品市場規模約7,460億美元,這些都是能源及工業產品的上游原料,所影響的產業規模難以估計。考量這些資源都有枯竭的一天,勢必要有另一種經濟結構要發生,而以氫為能源載體及原料是目前看來最佳方案。
人類使用氫氣,就像石油一樣有悠久的歷史,產業與供應鏈都相當成熟,例如煉製石油過程的氫化反應,用於生產氨(肥料),工業用酒精,醫藥,民生用油,矽晶圓製造中用於純化與表面清潔,半導體製程如清洗,退火,蝕刻與表面鈍化等,以及煉鋼製程中取代煤為還原劑等。
根據國際能源署統計,2022年全球的氫氣使用量為9,500萬噸,其中有99.9%均為非能源應用,且以煉製工業所需的4,100萬噸為最大,整體市場規模約在2,500億美元左右。換句話說,以氫為原料的經濟活動已經存在多年,只是其規模尚未擴及能源領域。
氫的化合物在地球有大量蘊藏,最大量的是水,其次是各類碳氫化合物如石油與天然氣等。而目前全球95%以上氫氣生產來自基化石燃料的蒸汽甲烷(天然氣)重組和煤氣化的灰氫和黑氫,過程中大部分沒有捕捉二氧化碳。這使得2022年氫氣生產導致約9億噸的二氧化碳排放。但是這個供應鏈的技術和成本優化已非常成熟,如果要達到脫碳產氫,該思考的是如何針對成本及其下游產品的上漲做出因應,現階段這也是使得氫經濟活動脫碳,所面臨的挑戰。
總計各國宣示到2030年規劃的低碳產氫量是3,800萬噸,其中約2,800萬噸來自使用再生能源電解水(綠氫),其餘1,000萬噸來自石化原料加上碳捕捉(藍氫)。但國際能源署的追蹤報告指出,目前確定投資的僅有4%,55%尚在很早期規畫,其餘的都還在可行性評估階段,所以2030年的目標是否能達成仍是充滿未知數的。
再者,這個目標屆時會是工業用氫的三分之一,有多少會用於發電或是儲能,目前很難預估。麥肯錫顧問公司在2023年的全球能源展望報告中指出,對於綠氫的未來,不論是在製造,成本競爭力,以及投資上都屬於高風險的項目。在未達經濟規模前,除仰賴政府投資以及強制法規,也必須投入積極的科技研發尋找低成本的生產方案,這才是加速實踐氫經濟未來的關鍵。(作者是工研院副院長)