水是地球上最豐沛的物質。電解水產氫與再生能源發電系統的整合更是能凸顯其對環境友善的特點。此外，將離峰用電時再生能源所產生的多餘電力搭配電解水產氫技術做為儲能選項，並在尖峰用電時將綠氫燃燒轉換為電能以供使用，更能實現穩定供電的主要目標。因此，對於進口能源占比達九成以上的台灣而言，發展再生能源電解水產氫技術將是提升自主能源的重要可行方案。

電解水產氫技術依反應機制不同，其特性也會有所差異。茲分述如下：

一、鹼性電解法(AEC)的技術成熟且成本低，但對於再生能源間歇性低負載部分有其劣勢。AEC商轉機種之電解效率約為60%，而其可運作負載大多介於 20-100%之間，因此對於再生能源發電低於額定負載20%的部分電能，AEC則無法運用。

二、質子交換膜電解法(PEM)使用固態的全氟磺酸聚合膜(例如：Nafion)做為電解質。質子交換膜作為電解槽膜電極的核心部件，其作用不僅傳導質子，阻隔氫氣和氧氣的穿透，而且還為觸媒提供結構支撐，其性能的好壞直接決定電解槽的性能和使用壽命。另外，PEM技術因為使用貴重金屬電極觸媒Pt、Pd，而有高交換電流密度以及較佳的電解效率。但也由於質子交換膜與電極觸媒材料的成本仍高，因而阻礙PEM電解水產氫技術的實用化。因此，降低貴重金屬的負載量或開發適應酸性環境的非貴重金屬觸媒，而仍能保持高電解效能與操作壽命便成為研究重點。

三、固態氧化物蒸氣電解法(SOE)必須在高溫環境(650-800℃)下操作，使用具傳導氧離子(O2- )之陶瓷材料做為電解質。SOE的技術優點除了具有能源轉換效率高，也不需要使用貴金屬觸媒，且可藉直接通入水蒸氣和CO2來生成合成氣，並應用於各式液體燃料的合成。目前SOE的電解效率最高可達到85%，也已進入示範驗證階段，但還需克服高溫操作下的啟動以及熱循環壽命不佳的問題。

四、陰離子交換膜電解法(AEM)使用固態的陰離子交換膜(例如：AS-4)做為電解質。與PEM相較，由於可以使用非貴重金屬做為催化劑，使得催化劑成本得以大幅降低。儘管如此，目前商用的陰離子交換膜的離子傳導度相較於質子交換膜的仍低1~2個數量級，使得AEM在能源轉換效率上仍不如PEM。因此，AEM的發展需仰賴陰離子交換膜的研發與突破。

整體而言，目前各類電解水產氫技術都有其不可取代的優勢，也都具有規模商轉的潛力，但亦有各自需要突破的挑戰，透過反應機制探討、催化劑設計、反應器的開發，到能結合再生能源的綠氫產製模組系統，當相關的困難點在未來被解決時，便可大幅降低綠氫的產製成本。

目前電解槽的技術關鍵點在於能源轉換效率及運轉壽命，其中以鹼性電解系統(AEC)、質子交換膜產氫系統(PEM)的技術相對成熟，是目前電解槽的主流技術，也都有商轉實例。台灣現在就應該開始布局電解槽，不論是技術最成熟成本低的鹼性電解法(AEC)，最能和間歇性再生能源匹配結合的質子交換膜電解法(PEM)，或是高溫型的固態氧化物蒸氣電解法(SOE)以及最新創的陰離子交換膜電解法(AEM)，積極建構再生能源(離岸風能及太陽能)產氫、儲氫以及供氫之示範驗證場域，提供國內廠商進行產氫電解槽模組系統之長時間運轉的性能、可靠性及壽命測試，以期能帶動下游的氫氣儲運、燃料電池產業、以及相關氫能源應用領域之發展。

林仁斌 (台灣環境保護聯盟學術委員)

（文章僅代表作者觀點，不代表Newtalk新聞立場。）