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							           再生能源-氫能源
          作者：鄭凱鴻、邱敦煜、陳韋宏、陳三禧

前言
  目前已知的化石燃料存量，石油約可再用 40 年，天然氣 60 年，而煤碳約可
再用兩百年，這些從幾億年前埋在地底下的動、植物所形成的化石原料，總有枯
竭的一天，到那時我們該如何走下去呢？

  台灣為一缺乏傳統能源的島嶼國家，據統計，目前有百分之九十五以上的能
源是由國外進口，而且進口的都是石油、煤和碳等高污染的石化燃料，而且台灣
過去一向比較重視傳統的火力與核能電廠的開發，對於再生能源的開發部份著墨
較少，這也造成了台灣環境的嚴重負擔（蔡信行，2003）。所以對台灣而言，再
生能源的發展顯得更加迫切。

  本文將談談氫能源為何是未來最有發展的替代能源。因為目前台灣在開發再
生能源方面最多是在太陽能，其他再生能源都還停留在研究階段，主要技術幾乎
完全仰賴進口。陽光也是能源的一種，且是地球至今為止最充足的一種能源。其
他可再生能源大多也以太陽為最初的能量來源。而石化燃料所包含的能源，其根
源亦來自太陽的能源。所以我們希望介紹的是目前還沒普遍使用，但卻充滿前景
的能源“氫”！


一．氫氣

  氫是宇宙中最多的一種元素，所有的宇宙物質中有 90%以上是氫。而氫是地
球表面上第三多的元素，可於水及所有的有機物質中找到。在正常的狀態下，氫
是無色、無味、無臭、無毒的，與其他的石化燃料不同。氫在空氣中燃燒時會產
生一些氮氧化物，但由於沒有碳的成份，故比燃燒普通碳水化合物燃料(例如汽
油及柴油)產生較少的污染物，故不會導致全球氣溫上升，而能迎合清潔能源的
方針。此外，氫氣可以藉不同方式使用，現在就讓我們一起探討氫能源的世界，
讓我們更近一步的暸解氫能源，進而保護地球，解救能源的危機。下圖一為氫的
循環圖，從中可以看到氫能源可以在地球上生生不息的被循環再利用。
  圖一     氫的循環圖          取自香港特別行政區機電工程署(2004)
  http://www.energyland.emsd.gov.hk/chi/energy/renew_hydro.htm



二、為何選擇氫能源
    現在，人類要面對最大且迫切的問題就是----能源，地球的能源非用之不盡、
取之不竭的，石油、煤、天然氣這些能源已漸漸地消耗殆盡，最近有一些常提到
的非傳統耗能能源如：太陽能發電、水力發電、風力發電、地熱發電和氫能式發
電等，我們認為氫能源的發電是最好的選擇，因為其他的發電方式都延伸了很多
的問題，若想不出解決的方法，我們仍將要面對排放二氧化碳造成的溫室效應。
由下圖二中可以看到，二氧化碳的排放量與溫室效應上升的溫度有相關性，隨著
二氧化碳的排放量越大，溫室效應上升的溫度也越高。


     二                                                             溫
     氧                                                             室
     化                                                             效
     碳                                                             應
     排                                                             上
     放                                                             升
     量                                                             的
                                                                   溫
                                                                   度




圖二   二氧化碳排放量與溫度的關係圖
資料來源：陳定翔(2007) ── 氫能源經濟之探討
取自    http://www.erm.dahan.edu.tw/re_and_en_paper/2007/02_2007_05.pdf
三、使用其他再生能源的缺點及為何選擇氫能
   因為使用其他再生能源都有其不利發展之處，唯有氫能沒有這些重大的缺
點，故使用氫能應是人類未來最好的選擇。以下分別列舉出水力發電、地熱發電、
太陽能發電較不利之處，而且說明為何獨選氫能。
(一)水力發電(成本太高)
1．建築費用相當高。
2．在河川沿堤築水壩，會破壞河川的生態。
3．不易找到適合築水壩的地點。


(二)地熱發電(有可能造成許多污染)
1．挖地熱井會破壞自然景觀，造成環境污染。
2．對土地使用造成影響。
3．發電時蒸氣中可能會帶有毒性的氣體，造成污染。
4．發電時熱水中可能會溶有重金屬等有害物質，造成污染。


(三)太陽能(不是每天都會出太陽而且能源轉換效率不高)
1．當有陽光的日子，才會發電，亦即只有白天才能發電。
2．因受陰雨天影響，發電時程無法控制。
3．風大的地方其熱效率會降低。


(四)使用氫能的優點
   然而“氫”是最高效率的清潔能源。如果氫能可以取代石油，則原本480公
里的耗油量大約需要75公升的汽油，但因為氫的高效能轉換效率，同樣的480公
里，卻只需要8公斤左右的氫氣而已，這種高效能的轉換效率，相當於1加崙汽油
（ 約3.78公升）所生的能量，相當於1公斤氫氣所產生的能量，如果這種能源
能夠完全被開發使用在汽、機車或大眾運輸工具，那我們就有替代能源能夠使
用，而且不污染環境。
   如果無法馬上找出替代能源，那麼二氧化碳的排放量會因為各國的經濟起飛

而不斷迅速上升，大量二氧化碳在進入大氣後，會產生溫室效應，目前大氣平均


溫度已經上升攝氏1.5 度並引發了嚴重的氣候異常。若能使用氫能，相信就會大


幅減少二氧化碳的排放量，減少地球各地的氣候異常現象。
    煤、石油及天然氣的發電方式，會造成二氧化碳排放量的快速增加，而且這


          ，
些能源物質的涵量有限 非用之不竭的又因為幾乎每一種能源都會對環境造成污


染。但能源與人類生活又密不可分，我們的未來不能完全靠這些會用盡的能源，

而核能發電、火力發電、太陽能發電、水力發電、風力發電、地熱發電...等等，

都有很多無法改進的缺點，所以氫能是我們的最好選擇。




圖三 使用氫能源前後的碳排放量的關係圖

陳定翔(2007) --- 氫能源經濟之探討
取自      http://www.erm.dahan.edu.tw/re_and_en_paper/2007/02_2007_05.pdf


   四、氫能源的用途
  燃燒電池是一種發電裝置，但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像
充電電池一樣，用完須繼續充電，燃料電池正如其名，是繼續添加燃料以維持其
電力，所需的燃料即是「氫」，其被歸類為新能源，原因就在此。

  燃料電池的運作原理，是電池含有陰陽兩個電極，分別充滿了電解液，而兩
個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成。氫氣由燃料電池的陽極進入，氧氣（或
空氣）則由陰極進入燃料電池。經由催化劑的作用，使得陽極的氫原子分解成兩
                          ，其中質子被氧『吸引』到薄膜的另一
個氫質子（proton）與兩個電子（electron）
邊，電子則經由外電路形成電流後，到達陰極，如圖四所示。在陰極催化劑之作
用下，氫質子、氧及電子，發生反應形成水分子，因此水可說是燃料電池唯一的
排放物。 燃料電池所使用的「氫」燃料可以來自於任何的碳氫化合物，例如天
然氣、甲醇、乙醇(酒精)、水的電解、沼氣…等等。由於燃料電池是利用氫及氧
的化學反應，產生了電流及水，不但完全沒有污染，也避免了傳統電池充電耗費
時間的問題，是目前最具有發展前景的新能源方式，如果可以普及的應用在車輛
及其他高污染的發電工具上，將能明顯的改善空氣污染及溫室效應。




圖四 燃料電池之示意圖
張雨青(譯) Steven Ashley
氫燃料電池車乾淨上路(2003)
取自 http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo =655&CL=18
五、氫能源現階段發展

   氫能源是十分環保的一樣再生能源，雖說目前還沒有非常廣泛的應用在生活
 ，
上 但還是有許多國家及企業正在研究如何將氫能源運用在各種產品及生活中來
解決未來所要面對的能源危機,例如：在未來綠能環保車中，各大車廠押寶不同
技術，以油電混合車 PRIUS 聞名的豐田汽車 (TOYOTA)，主力即放在氫動力內
燃機的研發、BMW 同時發展氫動力內燃機和燃料電池車技術。還有首次舉辦的
2009 台灣國際綠色產業展將於 10 月 21 日開幕，主辦單位外貿協會表示，展覽
主題包括能源、環保、水科技及綠色生活等，會中展現最新綠色產品及技術，
展覽期間(10/21-10/24)預計可吸引五百位國際買家，約 1 萬 5 千名台灣業者入場
參觀。而貿協也指出，這次展覽特別規劃「綠色科技形象館」           ，對外展示貼近生
活應用的綠色產品，也有業者展出台灣自行研發的 10KW 氫燃料電池不斷電發
電系統，以氫能源作為發電燃料，提供設施超過 8 小時的備用電源。
  由此可見，科技不斷的發展，能源使用也會顛覆傳統思維，不再侷限於石油、
煤炭、天然氣等石化燃料，未來將走向運用環保的科技，包括太陽能、地熱能
、風能、水能及氫能等。台灣也已經有廠商開發出把水變成火的獨門絕技，大概
在 1100 度到 1200 度，用水當原料就能裁切鋼板、燒開水，甚至化身成蒸氣鍋爐
。蒸氣鍋爐就是利用水電解後變成氫和氧，氫氣燃燒會釋放高溫，氧氣則用來助
燃提高燃燒效率，但因為氫氣很不穩定，也不容易儲存，所以較少應用在日常生
活中。廠商透過高效率的電解技術，研發出不需儲存氫氣的各種產品，而運用氫
能源的最大優點，在不會排放二氧化碳，再加上水是可以循環再生的資源，也因
此被各國視為能源的明日之星，在石化能源價格高漲且節能減碳的高呼聲影響
下，廠商紛紛投入新能源的研發，創造產業的新契機！
    目前為止，氫能源似乎還沒有太大的發展，且它的研發成本較高，但它對未
來的幫助卻是益處多多！以後我們開車不再需要汽油，只需把水加入，便能輕鬆
上路!不須再仰賴石油，也不會造成地球污染，最重要的是極為方便！這真是一
箭數鵰的好方法啊！努力去研發氫能源時，也期望政府能舉辦相關比賽讓社會各
界參與，例如:小型氫能源賽車比賽、氫能源電扇…等各種小型電器用品的開發，
讓社會大眾更認識氫能源，更增進氫能對一般人生活的協助，相信若能致力於這
方面的研究，全球能源利用將能朝向永續發展，開創一個環保且進步的地球村！


資料來源：
香港特別行政區機電工程署(2004)。取自 HTTP://WWW.ENERGYLAND.EMSD
.GOV.HK/CHI/ENERGY/RENEW.HTM(瀏覽日期：１０月２３日)


國立台北科技大學──綠色能源 取自TTP://CCT.ME.NTUT.EDU.TW/GREENE
NERGY-OLD/ (瀏覽日期：１０月２３日)
陳定翔(2007)。氫能源經濟之探討。取自HTTP://WWW.ERM.DAHAN.EDU.TW/R
E_AND_EN_PAPER/2007/02_2007_05.PDF(瀏覽日期：１０月２３日)


張雨青(譯) STEVEN ASHLEY(2003)。氫燃料電池車乾淨上路 取自 HTTP://SA.Y
LIB.COM/READ/READSHOW.ASP?FDOCNO=655&CL=18(瀏覽日期：１０月２
３日)


葉代芝(2009) 。3C 技術及市場腹地兼具 台灣電動車蓄勢待發 取 HTTP://TW.N
EWS.YAHOO.COM/ARTICLE/URL/D/A/091018/5/1T7TR.HTML (瀏覽日期：１０
月２３日)


蔡信行。(2003)代替燃料與再生能源。 取自 HTTP://NR.STPI.ORG.TW/EJOU
RNA L/NSCM/9205/9205-09.PDF(瀏覽日期：１０月２３日)