氫能安全嗎? 迎接淨零的氫世代



2023年1月18日 | 能源技術

淨零轉型的氫能優勢

面臨 2050 年淨零轉型目標,台灣已全面推動十二項關鍵戰略,氫能即為其中關鍵的能源轉型技術,氫能所具備的優勢將可能帶來下一波的能源革命浪潮。

簡單來說,氫能具有以下優點:

  1. 乾淨能源:氫能不排碳,沒有空氣污染
  2. 儲能載體:氫氣可做化學能與電能轉換,並為能源載體可儲能彈性運用
  3. 高效燃料:每公斤氫氣產生熱能是汽油 3 倍,是天然氣 5 倍
  4. 用途廣泛:氫氣可做工業原料及燃料

氫氣的安全危害

然而,氫能應用也有其安全疑慮,例如氫氣是密度最低最輕的氣體,氫分子非常小,容易穿透多孔材料,而且擴散非常快,所以洩漏性極強。再者,氫氣是可燃性氣體,當空氣中含有 4%~75% 體積濃度的氫氣,且同時遇到點火源時,就會點燃氫氣,而且燃燒速度快而易形成爆炸,所以使用氫氣時需非常謹慎。

事實上,氫氣在工業中使用已經行之有年,例如煉油廠、煉鋼廠、半導體廠製程都需要氫氣,所以氫氣設備、儲槽、管線設施都已很成熟,非常普遍。但未來氫氣要進入到大眾的公共場域及家庭使用時,危害風險考量及安全等級就必須要更嚴苛。

商業周刊專訪德國萊因TÜV氫能技術中心

為因應氫能的蓬勃發展,德國萊因TÜV於 2021 年成立全球氫能技術中心,由德國、英國、波蘭和大中華區的專家群組成,從再生能源綠電、電解水製氫、化石燃料製氫、廢材料製氫、銜接碳捕捉的藍氫、氫氣運輸、管線輸氫、加氫站、氫燃料電池、氫能汽車/巴士/卡車/火車、氫衍生性燃料及原料等階段的氫能價值鏈,德國萊因提供各類的氫能安全、品質、性能、脫碳的技術服務。

近年德國政府已委託德國萊因制訂氫能安全標準,而法蘭克福氫火車也是由德國萊因評估測試安全。德國萊因在總部實驗室及 100 戶家庭實地測試了氫能熱水器,亦已驗證了先進的氫能巴士和氫火車,並安全檢驗超過 65 座加氫站。工業上,我們測試了先進的燃料電池及製氫電解槽產品,評估了工業混氫地下管線材潛在損傷及洩漏性,同時認證了綠氫、綠氨、藍氫及藍氨的工業製程碳足跡。

2022 年 12 月 29 日商周 1833 期《德國氫火車上路 氫氣時代崛起》,前往德國訪察當地企業的氫能發展:

                   

照片來源:商業周刊1833期

網站連結:https://www.businessweekly.com.tw/Archive/Article?StrId=7007200

氫氣熱水器安全嗎?

商業周刊代表團在參訪德國萊因集團科隆總部時,由氫能技術中心負責人 Thomas Fuhrmann 及氫能加熱系統實驗室經理 Mario Reimbold 接待並分享了氫能熱水器的測試方法及相關安全議題 – 包括氫能熱水器的安全配套設施與測試標準、天然氣管線混氫的可行性與安全驗證、氫氣與天然氣成本與效益比較。

根據商業周刊報導,「德國不只是鋪設管路、生產氫氣,而是展開實驗、認證、制定安全標準,德國萊因就是德國聯邦政府委託的對象。」 德國萊因的實驗室裏正在測試一台用氫加熱的熱水器。 氫能熱水器的外觀上和一般熱水器無太大差別,「燒水的效率,以及安裝的成本都跟傳統熱水器差不多。」

 

Reimbold 在受訪時提到,氫氣没有顏色,和瓦斯燃燒不同,若要用來取代瓦斯熱水器,目前仍有問題。氫氣需要不同的安全標準與設備協助偵測氫氣洩漏或未燃燒的氫氣跑出。德國萊因大中華區工業服務及資訊安全事業群能源及環保處高鴻鈞總經理補充說明,氫氣熱水器必須使用能夠穩定燃燒的燃燒控制器,並採用高效可靠的防漏密封元件,這些都是必要的安全設計。另外,氫氣會對金屬材料造成不同類型的損傷,業者就需慎選氫氣使用材料、製造及銲接工法及操作條件,才能避免氫脆裂等問題。(詳見商業周刊 1833 期 p.84 及 p.85 氫熱水器走入德國家庭)

另一方面,Reimbold 也向商周採訪記者解釋,氫氣在工業應用上已很久了,目前氫氣在家庭中也可以被安全使用。 德國萊因已經測試兩年,證明氫氣能與天然氣在家戶裏的瓦斯管線中混管使用,使用成本也可以跟著降低。

氫氣對德國淨零碳排及能源政策的意義

這個本來微不足道的氫氣熱水器的成果凸顯了德國淨零碳排及能源政策的不同意義,因為不用怕被俄羅斯斷氣了。重視綠色能源的德國於 2020 年發布了國家氫能戰略,訂出了 38 項措施,以逐步擴大國內的氫能需求,並研發新技術及國際合作。 德國的氫能擴大需求包括了鼓勵氫燃料做為運輸用、一些能源密集型的特定產業制定以氫為基礎的脫碳策略與推廣氫能供熱系統補助住宅與非住宅等供熱設備。

在德國的氫能戰略中,對於綠氫的生產與配送也有相關採購及補貼規範,使綠氫儘速用於提供交通動力及加速加氫站建置都是重點之一。德國萊因氫能技術中心負責人 Thomas Fuhrmann 對商周記者舉例,研發綠氫可獲得政府補助或免徵碳稅,但如何界定綠氫,就需要德國萊因的認證。幾乎世界各國都需要氫能相關的認證服務。德國希望為全球的氣候保護作出貢獻而擴大氫能的潛在應用,在台灣,德國萊因正在為位於高雄的加氫站 (預計2023 年底落成) 進行安全測試與認證,這也是台灣在氫能發展史上的一個重要里程碑。 氫氣時代可能來得比你我預期得更早, 引用自商周報導結語,「原來,氫氣不僅正進到德國家庭,其實也正在進入了你我的生活中。」

 

同場加映:

2023 年 1 月 12 日 商業周刊總主筆呂國禎先生於 New98 頻道「財經一路發」節目專訪德國萊因大中華區工業服務及資訊安全事業群能源及環保處高鴻鈞總經理「氫氣時代崛起!台灣與氫氣的距離?」,進一步探討氫能議題:

  1. 德國人用氫氣洗澡,安全嗎?
  2. 地下管路都是氫氣,安全嗎?
  3. 氫氣能夠運輸? 台灣今年就要有加氫站和氫氣車了!

精彩訪談內容與專家觀點,請見以下連結:

https://www.youtube.com/watch?v=H1LT5WmL8N8&t=543s

 

2.  東森電視台【關鍵時刻】節目「全球第一輛「氫火車」疾駛上路! 千火之城變身最綠城市德國「氫氣時代」來臨!?」 https://www.youtube.com/watch?v=CZz19ljxOHo