燃料電池驅動氫能發電新時代

【撰文／賴宛靖】

氫的產製、運輸過程中，無可避免產生損耗，用來發電的效率相對低，然而考慮到再生能源發電具有間歇性，難以穩定產電，須有長期儲能的媒介。氫燃料電池將氫的化學能轉為電能，提升電網穩定性，讓無法連上電網的偏鄉、或高載重、長距離的運輸場景，也能便利使用乾淨永續的能源，達成淨零目標。

燃料電池從1980年代就已商品化，但因發電成本與基礎建設的建置成本高，全球燃料電池多仰賴政策支持，商用比重不高。隨著各國承諾2050達成淨零排放，氫應用被視為實現淨零的重要路徑之一，燃料電池也跟著抬頭。根據工研院IEK Consulting最新報告指出，目前全球燃料電池市場規模約在32-39億美元之間，預估到2030年，市場規模上看126億美元，2022年至2030年複合成長率18.7%。

為實現「2050氫應用發展技術藍圖」，工研院與新創團隊氫豐綠能科技攜手，打造低成本、體積輕薄、高效率的「金屬雙極板燃料電池」，適合長途、高運量的交通載具及移動式電力需求；在氫能發電部分，研發定置型質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC），發電效率高達50%，利用混氫發電技術降低燃料門檻，提供亟需綠色轉型的企業潔淨能源的新選擇。

金屬雙極板電池堆讓氫燃料電池再進化

「市面上的燃料電池雙極板分為石墨板與金屬板2種材質，各有其優勢與挑戰。」氫豐綠能董事長李鈞函說明。「石墨板的耐腐蝕性佳，向來是燃料電池的主流選擇，只不過石墨雖堅硬但也脆弱易碎，為了防止氫氣洩漏，石墨板通常厚達1毫米，不僅增加體積與重量，也提升加工難度，使得成本居高不下。」

氫豐綠能的高功率「金屬板燃料電池堆」，採用新型金屬雙極板，為了增強金屬板的耐腐蝕性，特別採用複合碳薄膜鍍層技術，搭配高性能膜電極組與高強度氣體擴散層，結合高導電耐蝕碳鍍層與模組化技術，不僅提升效能，還有輕量化與延長使用壽命的優勢。

由於金屬雙極板具有高強度與高延展性的特點，厚度可降至0.1毫米，讓燃料電池的體積縮小了三分之一、重量減少十分之一。「為降低燃料電池片的數量，我們放大電池片面積，讓每片功率從提升到300瓦，僅需約400片就能達到120kW，」李鈞函說，但面積放大後，鍍膜均勻度、延展性與沖壓成型都是技術挑戰，研發團隊先以石墨板刻出流道進行驗證，確保設計無誤後再投入模具製作，以降低風險與成本，「金屬板燃料電池堆可採用高速沖壓製程，每秒生產約20片，生產效率遠優於石墨板的射出成型技術。」

不用純氫也可以發電的氫燃料電池

金屬板燃料電池增加了低碳載具的續航力，另一項創新產品，則提升了氫能發電的彈性。

氫豐綠能的「氫能分散式發電系統」，亦即「PEMFC低溫燃料電池」，突破傳統燃料電池過度依賴純氫的痛點，僅需純度50%以上的氫氣即可高效發電，大幅降低氫能應用門檻。李鈞函表示，該系統即使導入混氫也不會影響發電效率，此特色讓製程中會產生氫氣的石化業與半導體業，將工業副產氫或餘氫導入金屬板燃料電池堆就能發電，便利之餘更節能。

「當電力供應吃緊時，有餘氫的石化業與半導體業能維持供電品質，但沒有氫氣來源的用電大戶要怎麼辦？」李鈞函說，不管是天然氣、沼氣、甲醇、工業餘氫還是純氫，都能透過PEMFC低溫燃料電池，將碳氫燃料的化學能轉換為電力，發電效率至少都在50%以上，是極具潛力的氫能分散式發電技術。PEMFC低溫燃料電池系統發電量1MW僅40呎貨櫃大小，企業如同擁有自己的小型發電廠，不僅減輕電網負擔，未來更可大規模併網發電，提升能源自主性。

氫燃料電池為企業穩定綠電提供解方

氫豐近期也積極開發氨（NH3）製氫技術，綠氨分解後可產生75%氫氣與25%氮氣，完全不會產生二氧化碳，搭配混氫燃料電池即可發電。相較於太陽能與風力發電受限於天候與地理環境，氫燃料電池能24小時穩定供電，為企業的綠電需求提供解方。

2022年，氫豐綠能團隊協助半導體廢棄物處理廠光宇應材，取得全球首張氫能發電綠電憑證；2024年底，氫豐綠能完成500kW氫燃料電池系統72小時連續發電的第三方驗證，證明可將多餘再生能源轉化為氫或直接由工業餘氫再發電的可行性。李鈞函相信，隨著技術成熟，氫能將是繼太陽能與風能後，最具潛力的綠色發電技術，為各產業提供更靈活的發電選擇，加速邁向零碳未來。