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國際合作邁向能源新世紀

研析報告

研析日本氫能發展及國際合作對我國之啟示

ㄧ、前言

日本在今(2017)年2月底東京舉辦的智慧能源週期間,進行全球最大氫能暨燃料電池展(FC Expo),我國不但有燃料電池廠商參與此盛會,亦有能源專家組團前往觀摩,顯現我國頗為關注日本氫能商機與氫能發展。

自日本宣布2015年為氫能發展元年以來,陸續於能源白皮書中發表氫能社會願景,並於2016年之新節能政策及能源革新戰略中擘劃氫能應用方式。日本經濟產業省於3月初發表「零排碳氫能工作小組報告書」,進ㄧ步揭示日本未來建立氫能零排碳供應鏈的四個方向。本月報專題將藉由研析日本氫能發展趨勢與盤點日本在氫能領域之國際合作活動,整理與歸納可供我國參考之啟示。

二、日本氫能發展現狀與趨勢

(ㄧ) 日本氫能發展現狀

在政策面,日本以實現氫能社會為目標,期望於2020年東京奧運會中展現世界氫能社會的領導風範。日本將燃料電池車視為運輸節能的方式之ㄧ,也將燃料電池視為儲存剩餘之再生能源電力及普及分散式能源系統的工具。依據2016年日本政府研擬之氫暨燃料電池戰略路線圖,氫能社會的發展策略分為三階段,第一階段為建立燃料電池的裝置,以推廣家用燃料電池與燃料電池車為主軸;第二階段預計自2025年下半年起,導入氫能發電與建立大規模氫能供應系統,並於2030年左右完成氫能製造、運輸及儲存之海外供應鏈;第三階段則預定於2040年實現零排碳的氫能供應系統。

在產業面,日本為全球主要氫能市場之一,持續研發新的氫能應用方式,除了推廣加速加氫站與氫能電動車,並將運用範圍從家用氫燃料設備和再生能源電力的儲能電池,延展至氫氣運輸工具(Hydrogen Energy Carrier)及應用氫能作為緊急備用能源等應用領域。日本豐田汽車於2014年推出全球第一部進入量產的燃料電池汽車Mirai。2015年日本政府別與昭和電工、豐田與東芝進行實驗計畫,將氫能技術應用於住商辦公大樓的供電系統、氫能堆高機,以及大型公共設施的備用獨立能源系統(H2One)計畫,進行全方位推展氫能的應用與科技實驗。2016年日本千代田化工建設公司及川崎重工業公司各自規劃從汶萊或澳洲利用化石燃料製氫並運輸回日本。

由上述發展可知,日本明確的氫能政策及策略指引其國內氫能產業發展,逐步建立氫能應用市場及國際氫能供應鏈,穩健地達成其對氫能社會之階段性目標。

(二) 日本耕耘零排碳氫能供應鏈

日本為了擴大應用零排碳的氫能源,於2017年3月發佈「零排碳氫能工作小組報告書」,說明建立零排碳氫能供應鏈的計畫。日本在2016年氫暨燃料電池戰略路線圖中,曾描述以再生能源及海外未能善用能源[1]作為氫的來源,並協助氫能供應國發展CCS技術等的規劃;這份報告書提供更詳盡的分析,並對營造低碳氫能供應鏈的策略有更多著墨。依據該報告書揭露之四個規劃方向,摘要如下:

1. 因應再生能源擴張的電轉氣(Power-to-gas)技術

電轉氣技術可調節再生能源發電量不穩定的特性,應用再生能源電力將水電解出氫,加以儲存與應用,因此是可用於應對再生能源電力瞬間超載的技術。日本將以提升電解水裝置的能源轉換效率、降低電轉氣技術成本與促進普及,以及提升PEM水電解技術的耐久性等三方面進行戰略性研發。在應用電解水產生的氫氣方面,日本初步將用於氫燃料電動車及定置型純氫燃料電池;未來將探討普及電轉氣技術後,在石油、化學及半導體等工業中應用氫能的方式。

2. 氫能供應鏈之低碳化

日本為求實現低排碳的氫能供給結構,認為須從整體供應鏈著手。在氫能運輸方面,日方將主要評估四種輸送與儲存氫的方式:(1)以液態氫進行陸上及海上運輸,並評估所需之技術;(2) 以有機化合物吸附氫;(3) 以壓縮氫氣並採用高壓槽儲存;(4) 考量設立氫氣輸送管線的可能性及研析相關制度課題。

3. 海外零排碳之氫能調配及CCS技術應用

日本所規劃的氫能社會不但將利用氫做為運輸工具的燃料,亦將朝向於既存火力發電廠開發混燒氫技術及導入純氫發電廠。日本因而預測將需要自海外進口氫能,才能擁有充足的氫燃料供給。日本認為在善用海外未能利用的能源以製造便宜又可靠的氫供應鏈之外,亦須兼顧國內能源安全問題。另外,依據民間企業調查結果,日本除了可思考與澳洲、中國大陸與加拿大合作[2],亦可評估與擁有豐富再生能源資源的國家合作,藉以建立海外氫能供應鏈。

由於以褐煤及原油氣體製造氫的技術會產生二氧化碳,因此在製程中採用CCS技術是實現日本低碳排放氫能供應鏈的關鍵。日本已於北海道苫小木市進行CCS驗證計畫,未來將致力於建立民間業者施行CCS技術的動機與解決缺乏相關市場機制等經濟面與制度面的課題。

4. 制定擴大利用零排碳氫能的方向

日本將為零排碳氫能供應鏈研擬各項制度措施,包含定義零排碳氫能的標準、計算二氧化碳排放量的方式、建立鼓勵採用氫能的誘因及劃分零排碳氫能的價值鏈中各廠商的功能等。此外,日本欲擴大氫能應用範圍,預計於離島、工業區及都市區進行各項驗證計畫。

三、日本氫能國際合作

從日本的氫暨燃料電池戰略路線圖可知,自海外進口氫的需求促使日本積極進行國際氫能合作,並發展海外氫能供應鏈。在雙邊領域,日本已分別與荷蘭共同研究核能產氫技術;與法國合作研發氫的製造與儲存;與美國、南非及阿拉伯聯合大公國進行氫燃料電池技術合作;與俄羅斯洽談共同建設風力發電廠與製氫計畫;與挪威及澳洲投入海上氫能運輸合作。其中,今(2017)年1月日本交通部與澳洲海事安全局簽訂運輸散裝液態氫之協議,雙方並宣布將開發氫能運輸安全標準。

在多邊領域,日本參與IEA的氫能實施協議(Hydrogen Implementing Agreement,簡稱HIA)及科技合作計畫(Technology Collaboration Programmes, 簡稱TCP)的氫能項目,與IEA成員進行先進車用燃料電池與利用風能產氫等技術研究計畫。在氫能產業方面,日本豐田汽車公司、本田汽車公司及川崎重工皆為氫協會(Hydrogen Council) [3]的成員,與來自法國、德國、荷蘭、南韓等13家汽車公司與能源公司共同推動全球氫能之應用。

上述合作項目顯示日本的國際氫能合作十分多元,涵蓋氫能製造、運輸與應用之科研與商務發展,與自身施政方向頗為相符。此外,日本逐漸展現多年來培育其國內氫能市場與氫能產業的成果,營造吸引國際產業合作的條件,有利於建立國際策略聯盟及促進國際分工,增加日本實現氫能社會的可能性。

四、對我國的啟示

(一) 配合我國非核家園目標,建立我國短中長期能源發展規劃

日本政府定調以氫能社會為發展目標後,漸次訂定相關政策與調整制度,提供社會大眾明確的施政方向,有利於凝聚國內共識與相關資源,共同開發氫能技術及市場。此外,日本預見對海外供應鏈的需求後,除了創造與參與多元的國際氫能合作,亦留意整體供應鏈的碳排放問題,點出開發CCS技術的科研需求。雖然日本尚在邁向氫能社會的階段,但其發展氫能的歷程可作為我國達成發展非核家園的參考。我國宜研析短中長期之能源發展需求,辨別所需之能源技術及制度規章,以利投入資源籌備國內相關發展進程,另可將分析結果作為我國未來推展國際合作之參考。

(二) 促進跨國氫能產業合作及掌握國際氫能商機

觀測日本氫能發展進程與豐富的氫能國際合作實例,可知氫作為零排碳的能源資源,頗受國際矚目。近年,包含日本在內之先進國家著眼於氫能在儲存再生能源電力及多領域的應用潛力,已投入許多研究資源。我國可持續了解相關技術進展與研析我國應用氫能的最佳方式,透過促進臺灣與日本或其他國家間之氫能合作,逐步建構我國氫能產業的市場與技術能量。如此將不但有助於我國把握全球氫能市場的趨勢與商機,亦有助於達成能源轉型與減碳的目標。

參考資料

  1. 氫能暨燃料電池展 台灣組團東京取經,聯合新聞網,2017/3/15,https://udn.com/news/story/7241/2322046
  2. CO2フリー水素ワーキンググループ‐報告書,経済産業省,2017/3/7,http://www.meti.go.jp/report/whitepaper/data/20170307001.html
  3. 水素・燃料電池戦略ロードマップ改訂版」をとりまとめました,経済産業省,2016/3/22,http://www.meti.go.jp/press/2015/03/20160322009/20160322009.html
  4. Japanese-Dutch cooperation on fusion,NOW,2011/1/31,https://www.fom.nl/en/news/2011/01/31/japanese-dutch-cooperation-on-fusion/
  5. French-Japanese symposium on green production and storage of hydrogen,Smart-Japan.Org,2016/12/6,https://www.smart-japan.org/vcms_lf/others/H2_2016_Rationale.pdf
  6. Summary of the Fifth Japan-U.S. Clean Energy Policy Dialogue ,METI,2013/12/12,http://www.meti.go.jp/press/2013/07/20130725002/20130725002-3.pdf
  7. South Africa seeks to strengthen cooperation with Japan for hydrogen economy,MRSBulletin,2015/10/08,https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/south-africa-seeks-to-strengthen-cooperation-with-japan-for-hydrogen-economy/3E194679518C406CCBC4EC28CC66A558
  8. Japan Eyes Stronger Cooperation with the UAE n Alternative Energy, Japan External Trade Organization,2007/1/16,https://www.jetro.go.jp/uae/pressreleases/archives.html/index.html/JapanPavilion.pdf
  9. Japan seeks broad energy pact with Russia,Nikkei Asian Review,2016/9/2,http://asia.nikkei.com/Politics-Economy/International-Relations/Japan-seeks-broad-energy-pact-with-Russia
  10. Japan-Norway Cooperation in Science and Technology,Govenerment.no,2015/2/16,https://www.regjeringen.no/en/aktuelt/mote-om-forskningssamarbeid-med-japan/id2396269/
  11. Japan’s Policy on Hydrogen Energy in maritime fields,Ministry pf Land, Infrastructure, Transport and Tourism (Japan),http://www.mlit.go.jp/common/001094515.pdf
  12. Australia, Japan a Step Closer to Liquid Hydrogen Shipping,World Maritime News,2017/1/12,http://worldmaritimenews.com/archives/210280/australia-japan-a-step-closer-to-liquid-hydrogen-shipping/
  13. 推廣氫能車 豐田等13大廠組新團體,自由時報,2017/1/19,http://news.ltn.com.tw/news/business/breakingnews/1951917
  14. How hydrogen empowers the energy transition,Hydrogen Council,2017/1/9,http://hydrogeneurope.eu/wp-content/uploads/2017/01/20170109-HYDROGEN-COUNCIL-Vision-document-FINAL-HR.pdf
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