聯合國在1997年的《京都議定書》以及2015年的《巴黎協定》中均指出了溫室氣體減量的重要性。以《巴黎協定》區分永續發展思維為兩個階段，《巴黎協定》之前主軸為能源轉型，之後則為更全面的淨零碳排，重點是放在如何把無可避免的碳排放做得更潔淨，此時氫能源的重要性就被突顯出來了。因此，低碳、零碳的氫氣產製方式已是各國企業體努力研發的目標，用以實踐氫經濟與未來淨零碳排的願景。

氫能源的產製是屬於能源密集型的產業，氫氣本身雖然不含碳，但獲得氫氣的原料或轉換過程仍可能會衍生碳排，也將影響整體的減碳效益。氫氣依產製方式不同，可以概分為灰氫、褐氫、藍氫、粉紅氫及綠氫等，氫氣本身是沒有顏色的透明氣體，「灰、褐、藍、粉紅、綠」並不是指產出氫氣的顏色，而是指氫氣產製方式對於環保減碳的影響程度。茲分述如下。

一、灰氫(Grey hydrogen)是由化石燃料中的天然氣經由水蒸氣重組反應或碳氫化合物藉由部分氧化法以及水煤氣轉換法所獲得的氫氣，其產製成本最低。因此，灰氫約占全球80%的氫氣產製量，用為合成氮肥、化工材料和鋼鐵等行業的化學基礎。但灰氫產製過程的煙道氣會排放大量的CO2(碳排量為12 kg CO2/kg H2)，並不符合國際上的減碳趨勢，日後也會有被課徵碳費的成本問題。

二、褐氫(Brown hydrogen)是由煤炭(褐煤)熱裂解氣化所得到的氫氣，其所產生的碳排量為5 kg CO2/kg H2，雖然較灰氫為低，但高溫製程的能源轉換效率並不高，僅有39-56%。若由品質較佳的無煙煤(黑煤)經氣化所得的氫氣，則另稱為黑氫(Black hydrogen)。灰氫和褐氫的生產都會將二氧化碳和未燃燒的逸散性甲烷釋放到大氣中。

三、藍氫(Blue hydrogen)是在灰氫製造過程中，採行二氧化碳的排放管理，將CO2或其他的碳氫化合物副產物加以捕捉、儲存或再利用，以避免其排放至大氣中。因此，藍氫的CO2排放量可減少至灰氫的一半。其優勢為製程碳排量符合國際需求，但目前的封存與再利用技術成本尚高，因此也提升藍氫的產製成本，這也是目前化石燃料行業投入最多資源研究的領域。

四、粉紅氫(Pink hydrogen)是將核能發電所生廢熱回收用以進行高溫熱水分解反應或水蒸氣電解反應而產製出的氫氣，因其原料為水，故在氫氣的產製過程中不會排放CO2。然而，高溫熱水分解反應的溫度需大於2500oC，除了核電廠外，一般業界以此方式產製氫所需的熱能將大於氫本身的經濟效益。另一方面，水蒸氣電解反應需同時使用到電力與熱，屬於混合型循環技術，需要很多精細的搭配與調整，目前仍屬實驗室研發的階段。

五、綠氫(Green hydrogen)是由再生能源所提供電能來進行電解水所產製的氫氣，是對環境最友善的產氫方式。目前不同類型產氫電解槽的能源轉換效率約在60-85%。在產製綠氫的過程中幾乎零碳，例如以風電電解水產氫之碳排僅0.37 kg CO2 /kg H2，但成本也較高。儘管目前綠氫的產製成本仍為灰氫的三倍，但隨著大量研發能量的挹注與政策工具的引導，未來必可大幅降低其產製成本。再者，若以再生能源所產生的多餘電力，搭配電解水產綠氫作為儲能選項，調解電力供給並作為電網消峰填谷之對策，則更有機會低於灰氫的產製成本(~2美元/kg H2)。國際再生能源署於2021年所發布的報告中更是指出綠氫將是改變未來地緣政治局勢的明日之星。另外，利用細菌、藻類等生物之分解或醱酵作用所產生之氫氣，也被歸為綠氫的一種；而若是混合使用各式電力來源來電解水所產生的氫氣，則被歸為黃氫(Yellow hydrogen)。

除上述各類氫氣產製方式外，尚有藍綠氫(Turquoise hydrogen)是將天然氣熱裂解為氫及固態碳副產物，所產生的氫氣可直接用於發電，成為低碳(甚至零碳)基載電力，而所產生的固態碳則做為工業原料、建材或備用能源。其優勢是能有效降低以天然氣發電的碳排量，但高溫熱裂解過程的熱能投入與觸媒劣化，將導致能源使用效率低，且技術成本高，熱能來源方式如有碳排放量更將降低此種藍綠氫的減碳成效。儘管如此，中央研究院於2022年從科技研發的角度提供台灣邁向2050淨零排放的研發路徑建議。其中一項政策就提到，以去碳燃氫技術創造「準綠電」。另外，近期被比爾蓋茲形容是可再生能源之「瑞士刀」的白氫(White hydrogen)，是自然形成並儲存在地下深處的地質結構中，因此不僅減少轉換過程對外部能源的依賴，也能有效降低碳排放。然而，這種蘊藏於地底的白氫探勘與提取的可行性仍有待驗證。

台灣產業以出口為導向，淨零轉型是不得不面對的課題。由於氫氣的多用途，其燃燒反應產生能量的副產物是水，具有環境親和力，也為淨零碳排的能源趨勢提供了一個嶄新的選項。再生能源搭配儲能以及運用穩定潔淨的氫能源，將會扮演製造業穩定基載電力的重要角色，更是台灣邁向2050淨零碳排的關鍵之鑰。

林仁斌 (台灣環境保護聯盟學術委員)

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