日本在綠氫能源上的發展（08/26/2021 風傳媒）

氫將是人類最清潔的燃料，其燃燒只產生水而不排碳，由於這種對環境的友好性，氫被稱為「完美能源」或「未來能源」。

氫廣存於地球之中，其能源密度極高，且可以氣態、液態及固態的氫化物呈現，以適應各種運儲方式及應用環境的要求，和化石能源相比，其製取更為方便，不受地區因素的限制，也不會因資源分布不均而引發地緣政治風險，通過可再生能源製氫，將促成碳中和的實現。

作者：胡僑華

太陽能製氫是前景最好的製氫法

目前以化石燃料做為主原料的煤氣轉化法占全球氫製備總量的95%，而以電解水製氫的的比率不足5%，以太陽能製氫的比例更小。其實以太陽能製氫已有40年的的發展歷史，被認為是最有前景的製氫方法之一，值得繼續努力研發。

當今全球在建的以可再生能源製氫項目總計80GW（1GW = 100萬千瓦），在2020年新增的項目即達50GW，就像過去十年風能和太陽能的價格成倍下降， 一旦形成規模效應，即大幅降低其LCOE成本（Levelized Costof Energy，均化能源成本）。

日本百年老店──電氣產品製造商東芝集團（Toshiba）正在全球布置此具「未來能源」之稱的氫能，並以大規模可再生能源製取綠氫，做為碳中和時代的解決方案。

放眼全球，日本是近年來最熱衷發展氫能的國家之一，利用碳捕獲（CCS）實現平價化石燃料的脫碳製氫，以及可再生能源製氫，對能源自給率甚低的日本而言，用零排碳的可再生能源以製取清潔、高效且較易儲運的氫能，無疑是「後福島時代」得以兼顧能源安全和碳中和目標的理想選擇。

早在50年前東芝就開始做氫能方面的研發，當時日本的氫路線是烴類或醇類重整製氫，但現在零碳的理念下，近10年已全面提升氫能體系。例如東芝燃料電池體系全部都是純氫製備，其燃料電池系統H2Rex 在日本國內已累計交付了100台以上，這種100KW的模塊化單元，可根據需求做靈活組合，啟動後不及5分鐘時間，高效管道或儲槽中的氫氣轉化為電能和熱能。

從製氫到氫利用的全程實現了零排碳

以東芝的新氫能綠合中心為例，利用太陽能電解水製備氫氣，並直接將其應用於東芝的府中工場的燃料電池驅動叉車（Fork lifter）上，不但叉車運轉不排放二氧化碳，且因利用可再生能源作為製取氫能的燃料，從製氫到氫利用的全程實現了零排碳。當突發災難時，這套小型分布式能源亦可大顯身手，做為一條生命線為300名受災群眾提供一週所需的電力和熱水供應。

綠氫雖有諸多優點，但在全球範圍內仍為成本高居不下所困擾，在日本要靠政府的政策來支持。此外光伏、風電仍存在間歇性問題，且因電網調峰要求甚大，導致棄風、棄電的狀況經常發生，若將這部分電力轉換為氫能儲存起來，需要時再予釋出，成為最理想可靠的結合。亦即可再生能源與電解質製氫技術綑綁在一起，製造出完全的綠氫。

在日本國立新能源產業技術綜合開發機構NEDO（New Energy and Industrial Technology Development Organization）的帶頭下，東芝與另外兩家日本企業合作的福島氫能研究基地（FH2R）已於2020年成立。東芝在該領域所長的是對電力系統、電子設備及控制系統的深入了解，及對氫的長期技術累積，目前正與上游製氫企業研討合作。

在氫能起動階段，東芝呼籲政府對全行業給予政策支持，鼓勵更多企業參與氫能產業鏈的完善，並儘早明確氫能使用的法律及規範，在此前提之下，氫能成本才能隨著規模效應而快速下降。

氫能成本的下降有賴於一個足夠大且高速成長的下游市場，東芝正在推動純氫能燃料電池系統H2Rex儘早應用於日本及中國市場，使其成本符合市場潛在的需求，並聯合中國合作夥伴一起開拓市場。

福島事故讓東芝不得不脫鉤核能

實際上東芝對於 「終極能源解決方案」的認知，在福島核能事故之後，出現了徹底的轉變，東芝曾是全球核能領域的重要領先者，旗下擁有歷史戰績輝煌的美國西屋電氣公司。但2011年發生的福島核能事故，使全球核電技術放緩，建造成本陡增，西屋電氣申請破產保護等諸原因，東芝最後選擇脫鉤核電資產。

2020年10月日本首相菅義偉在臨時國會上發表施政演說時宣布，日本將爭取在2050年實現溫室氣體净零排放，這標示做為全球第三大經濟體及第五大排碳國的日本，在氣候議題上的立場有了巨大的轉變。

日本的溫室氣體排放中，至少有80%來自能源範疇。二氧化碳零排放並不是最近才有的呼聲，早在〈京都協議書〉及〈巴黎氣候協定〉且更早以前，就進行了與此相同的探討。

福島事故改變了全球滅碳的思路，2011年之前，日本及歐洲都將低碳發電目標寄望於核能，但現在已轉變為寄望於可再生能源的發展。除了氫能之外，東芝還有其他頗具競爭力的的能源業務和碳捕獲及儲存技術，可以根據不同地區的條件與與特徵，進行靈活的組合，無論在水電領域、光伏領域及地熱領域，均處於世界領先的地位。

該項目建有全球最大的利用可再生能源的10 MW（1萬千瓦）級製氫裝置，正在驗證清潔低成本的製氫技術，在此所產生的氫氣不僅使用為平衡電力系統，還為固定的氫燃料電池系統，及移動的氫燃料電池車輛（汽車、巴士）等提供動力源。

日本的綠氫發展可供台灣借鏡，台灣現行的可再生能源發電占比僅20%，卻以進口液化天然氣以支持50%的氣電 ，與其如此，不如投資於光源充足的澳洲建立液化綠氫廠，並進口台灣以取代LNG（主成分為排碳的甲烷）以供發電，達成低碳及無排碳的能源承諾。

本文作者胡僑華為工程專業經理人

完整圖文內容請見：
https://www.storm.mg/article/3875207?mode=whole

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【更環保、更安全的「固態電池」，會推倒特斯拉帝國？】

馬斯克說，電池，是未來的關鍵。它們推動科技革新，替世界帶來智慧型手機、平板電腦，以及電動車，消費者被鼓勵從石化燃料轉向。然而，驅動現代世界的鋰離子電池，其背後科學卻超過30年幾乎沒有改變。

電動車裡的鋰離子電池放大該產業的骯髒秘密。鋰離子數百公斤的金屬和原料，尤其是石墨、鈷和高純鎳，在採礦和精煉過程中造成嚴重汙染並增加二氧化碳排放量。下一代技術固態電池將提供改變，Toyota豐田汽車已獲得1千項涉及固態電池技術的註冊專利，對於特斯拉來說，事態發展構成了威脅…⬇️⬇️⬇️

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這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣：只是炒作？真的會造成缺電嗎？專家一次說清楚（12/30/2020 風傳媒）

"你應該知道的是：豐田汽車社長痛批，電動車若更加盛行，可能造成日本大缺電，此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑，到底會不會缺電？電動車只是炒作的話題嗎？作者以專業背景解釋，電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效，但能源轉型困境並未因此紓緩，能源問題人人有責，不能把責任推給政府。"

作者：曲建仲 / 台大電機博士，知識力專家社群創辦人

近年來空氣污染讓大家忍無可忍，溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重，讓世界各國政府推出新的碳排放法規，不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號，許多車廠被迫積極開發電動車，彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題，豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作，許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋，所以電動車真的是未來環保的新希望嗎？事實恐怕和你想的不一樣？

電池的構造與原理

所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極)，基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion)，電子流入元件可以推動元件工作，也就是我們所稱的電能，如圖一(a)示；陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極，如圖一(b)所示；最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合，如圖一(c)所示。

電池的陽極(Anode)：是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode)：是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。

兩者恰好相反，千萬別弄錯了唷！大家可能會好奇，為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢？因為化學家定義放出電子的叫「陽極」；而陽極放出電子，代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸)，所以物理學家稱陽極為「負極」。

不同的鋰電池主要是陰極材料不同

不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同，目前最常用的陰極材料共有四種：鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4)，其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池，其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物，而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體，負極材料一般是使用石墨。

固態鋰電池未來發展值得關注

由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體，容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題，而固態鋰電池的電解質是固體，不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸，而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量，此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性，不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液，需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。

電極材料與液態電解質容易完全接觸，但是和固態電解質接觸不如液體，造成介面阻抗過高，影響整體電池效能，而且固態電解質製程良率低價格高，仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車，美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利，能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍，法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池，德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術，QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲，由於廠商投入資源研發未來發展可期。

電動車的普及有賴電力基礎建設

電動車要充電，但是如何充電是個大問題，像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤，使用者可以到電池交換站自行更換電池，但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上，只能以定點充電的方式進行，即使目前的規格要求在1小時內完成充電，使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。

如果必須把車開回家在停車場充電，最大的問題是目前的電力基礎建設不足，假設大樓停車場有100個停車位，每個都設置插座，當100台電動車同時充電時，大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流，因此整個電力基礎建設，包括：變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成，聽起來就不是短期內可以做到的事，可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池，當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電，考慮到成本與安全，大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。

電動車不會排放廢氣　更環保而且節省能源？

由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中，再以「電源供應器(PSU：Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電，如果使用的是交流馬達，則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電，每一次的電源轉換效率大約80%~90%，因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO：Institute for Economic Research)發布的一份研究報告，考慮電動車的碳排放量時，如果將鋰電池的生產製造、能量轉換，以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去，電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。

根據IFO的資料，最環保的能源形式是使用「甲烷」，也就是我們家裡用的天然瓦斯，它與一般的「瓦斯車」類似，差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量，而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低，是汽車製造商可以採用的環保能源，搞了半天最環保的竟然是瓦斯車，看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理，不過瓦斯車還是會排放二氧化碳，無法解決溫室效應的問題。

電動車只能改善空氣污染　無法解決能源問題

充電站裡的電是那裡來的呢？還是由發電廠來的，說來說去，又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供，核能目前被社會接受的可能性很低，在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠，因此又回到最原始的火力發電，不論是使用天然氣或煤碳，最後還是免不了要造成空氣污染的，因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染，轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電，這是應該做的，只是核能電廠要除役，太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠，沒辦法多出來給電動車使用。

汽柴油車與火力發電廠最大的差別，在於對污染物的控制，汽柴油車滿街跑到處噴廢氣，只能使用觸媒轉化器進行處理，由於價格與體積的限制，無法對廢氣有效回收處理；而發電廠是將廢氣集中處理，可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理，污染的確變低，因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染，再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步，發展電動車仍然是重要的選項之一。

氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重

傳統電池直接使用化學反應產生能量，優點是能量轉換效率很高(80%以上)，但是充電需要比較長的時間；而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量，優點是可以直接補充燃料，但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下)，科學家開始思考，有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢？於是燃料電池從此誕生了。

燃料電池和傳統電池的原理相同，都是將活性物質的化學能轉換成電能，但是傳統電池的電極本身是活性物質，會參與化學反應；而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已，並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應)，必須將活性物質加入電池內，就好像我們的汽車補充燃料一樣，才能產生化學反應形成電能，是一種要補充燃料的電池，故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。

儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油

燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水，反應後排放的氮化物或硫化物極少，幾乎沒有任何污染，因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題；因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶，可以取代氫氣鋼瓶，Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai，創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄，已經是成功的商品了，那麼它的問題到底在那裡呢？

首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題，氫氣的來源則是更大的問題，大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣，問題是電解水產生氫氣的成本很高，而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本，目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」（Steam reforming）的方式分解生產氫氣，搞了半天還是要以石油做為原料，看起來人類要擺脫石油還真困難。

為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車？

很有趣的現象，世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車，為什麼是這個時間呢？主要還是覺得前面介紹的這些問題，包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠，或是太陽能、風力發電等新能源開發，大約需要20年時間，因此選擇了這個時間點，問題是如果時間訂定了，卻沒有看到政府加蓋發電廠，那時間到了要怎麼辦呢？

不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」，還有一門不可言傳的心思，那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍，但是眼見要解決這個問題困難重重，宣誓「2040 年」禁售汽柴油車，等於是給老百姓一個交代，反正2040年是 20 年以後的事了，到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人，這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」，何樂而不為呢？

能源問題人人有責　不能把責任推給政府

經過前面的介紹，大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單，政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車，而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於：電價太便宜，造成使用者沒有節約用電的習慣，各種價格較高的「家庭能源管理系統」（HEMS：Home Energy Management System）乏人問津，電價如果真的大漲又會造成物價波動，受限於選舉與政治因素，要讓電價上漲也是困難重重，只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣，才是最有效的方法。

責任編輯/周岐原

完整圖文內容請見：
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole

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*教學備忘
Grasshopper調較方法
https://www.youtube.com/watch?v=Fv09HoM08h8

運用乾冰制作分子雪糕/雪葩的原理
雞尾酒主要是水份及酒精的混合飲品(或含有其他材料)，酒精濃度隨調較的材料和份量而定，所以雞尾酒的冰點是在水(0°C)與酒精(-114°C)之間.

安全調較
當我們完成一杯雞尾酒後，將適量乾冰混入(比較細小的較容易混合)，於雞尾酒當中產生溫度上的變化並使其達至冰點，徹底確保乾冰已經由固體完全轉成氣體(沒有小乾冰碎及沒有霧煙)，雞尾酒雪糕／雪葩就完成了

*乾冰是甚麼-[Wiki]
乾冰是二氧化碳的固體形式。在正常氣壓下，二氧化碳的凝固點是攝氏負78.5度，在保持物體維持冷凍或低溫狀態下非常有用。它無色，無味，不易燃，略帶酸性。乾冰的密度各不相同，但通常約為 1.4至1.6 g/cm3。乾冰能夠急速的冷凍物體和降低溫度並且可以用隔離手套來做配置。現在乾冰已經被廣泛的使用在許多層面了，乾冰在增溫時是由固態直接昇華為氣態，直接轉化為氣體而省略轉為液態的程序，因此其相變並不會產生液體，也因此我們稱它做「乾冰」。

*乾冰的安全使用-[Wiki]
不可使兒童接觸
不可食用乾冰
為防止凍傷，接觸乾冰時應戴上手套

*儲藏-[Wiki]
將乾冰置於保溫箱中：保溫效果好的保溫箱可以減慢乾冰昇華的速度
因為乾冰昇華所產生的壓力會引起爆炸，所以不可以將乾冰儲存在不透氣的保溫箱內

雪糕和雪葩-[Wiki]
雪葩是西式甜品的一種，口感類似雪糕。與雪糕的最大分別，在於其不含牛奶的成份，適合對牛奶敏感的人士食用

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