能源始終與人類文明息息相關，科技、經濟發展以外，近來氣候變遷、環境保護也成為能源利用的重要考量。在此趨勢之下，過往不太重要的「氫能」角色變得益發重要，取得氫能有許多方式，深具潛力的「水解產氫」受到不少重視。
例如，地球表面存在一望無際的海水，假如能直接分解海水獲取氫氣，是不是就能得到近乎無限的乾淨能源呢？然而，水解也要耗費能量，而且效率也很重要。目前相關技術仍有不少突破空間，需要不同領域的人才投入心力，才有希望實現水解產氫的優勢。
水解產氫是什麼？
相較於煤炭、石油、天然氣、核能，社會大眾對於氫能的認識較少。氫能是什麼？國立中央大學材料科學與工程研究所教授洪緯璿解釋，利用氫產生能量的過程稱為氫能。取得氫氣最簡單的方式是通過燃燒，或是和氧氣反應，產生水與釋放能量。水解產氫簡單來說，就是利用外部能量將水分子，分解為氧氣和氫氣。
國立中央大學材料科學與工程研究所的王冠文教授解釋，要分解水分子製造氫，除了透過電解，也可利用太陽光及光觸媒完成水解，或是運用生物觸媒，將水分子或有機物裂解產氫。
水解產氫得到的氫氣，可以做為能源而進入燃料電池，再與氧氣反應產生電能，是一種直接將化學能轉換為電能的裝置。隨著再生能源的需求增加，氫做為能源之載體，其生產、儲存、應用的議題都變得益發重要。
王冠文教授強調，如果用再生能源的電力產生氫氣，再利用氫氣進入燃料電池產生能源，可謂為潔淨又高效率之能源運用方式，能源效率可以高達約 50％，超過化石燃料（約 30％）。
洪緯璿教授指出，目前較常見的水電解器系統可以分為幾大類，像是以使用鹼性電解質直接電解的鹼性水電解器（Alkaline Water Electrolysis, AWE）、鹼性電解質膜水電解器（Anion Exchange Membrane Water Electrolysis, AEMWE）、多在中性或是酸性電解質條件下運行的質子交換膜水電解器（Proton Exchange Membrane Water Electrolysis, PEMWE），以及在較高溫度下運行的固態氧化物電解電池（Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC）等，各有適用範圍與優缺點。
氫能帶來能源、技術、經濟的新方向
王冠文教授表示，理想情況下，再生能源與水都可以取之不盡，用之不竭，因此長遠來看，氫能的成本、產量與效率將優於化石能源。然而，目前的實際狀況中，水解產氫仍有很多進步空間，其源頭的再生能源技術，氫氣產生後之儲存和運輸技術，以及水解產氫時具體的觸媒材料、電解槽技術等方向，都需要產官學研一起努力。
水解產氫之所以值得發展，一大價值在於氫氣是一類乾淨的能源，以燃燒、燃料電池反應利用氫能，只會產生水，可以降低碳排放，舒緩溫室效應與氣候變遷。面對全球 2050 年希望達到淨零排放之長期目標，氫能領域的進展至關重要。
洪緯璿教授指出，氫能相關的科技發展深具潛力，如綠色煉鋼和綠氨等低碳原物料，可以減少工業生產的碳排。另外，氫不但可以解決再生能源的儲存問題，再生能源與氫能兩者結合，還能做為一項穩定電網的調節方式，不僅能替代傳統電網的儲能系統，還能跨區域能源傳輸，提升電網的韌性。各種整合方式，有助於形成更多樣且穩健的能源體系，降低對傳統能源的依賴，推動再生能源的應用。
洪緯璿教授認為，氫能對各方面的影響，將帶起一波經濟革命。例如近來對科技業之碳稅、零碳排的訴求，有機會藉由氫能技術的發展創造優勢，包含能源結構之轉型、環保議題、國際合作等多方面的誘因，將引發產業界大規模的變革，像是製程技術設備、就業人口、涵蓋從研發、製造、基礎設施建設，到服務等多項領域。
根據取得氫氣的不同方法，有灰氫、藍氫、綠氫等分類。利用再生能源之電力，水解產出的氫氣稱為綠氫，製造過程中沒有碳排問題，可謂最優質的氫能。然而，目前綠氫的成本依然偏高，不利於普及。相關法規與補貼，也仍有不少提升空間。
氫能的發展牽涉廣泛，能源結構、產業機會、經濟發展、國際關係、環境保護等方向都可能受到影響。
提升水解產氫的效率與可能性
在水解產氫的相關技術上，臺灣本土研究也取得一定成果。王冠文教授的研究主軸為電催化能源材料，也就是「觸媒」，包括此前的燃料電池觸媒，到水解產氫、二氧化碳轉換與再利用，皆與當今受到重視的能源議題有關，多篇研究亦成為該領域被引用數前 1％論文。
洪緯璿教授則專注於「海水產氫」，研究團隊近期開發出能在海水中穩定運行的高活性陽極高熵觸媒材料。他指出，海水產氫可謂整合應用完整的縱向研究，從最基礎陰極、陽極材料的製造，到水電解器的實體應用，以及相關理論的軟體模擬都有進行。
海水看似無窮無盡，轉化為氫仍有許多困難有待克服。洪緯璿指出，陽極材料在海水中的效能與壽命問題，在團隊努力下順利攻克，也成功研發一項快速高通量之製程技術。先前的成果寫成論文發表於期刊，並且申請專利後，後續目標會著重於實務面的應用，正試圖製造大面積的電極（直徑大於 12 公分），以及生產公斤級的高活性高熵觸媒粉末。
培育人才，支持產業
氫能領域涉及很廣，學術、產業、法規各界都有發揮空間，需要大量人才。王冠文教授指出，理工領域之材料、化工，化學，機械等領域之教育和訓練，都可以供應需求的人力，能源領域的新創公司，也需要學術界所培養的專業人才。
氫能領域重視應用，需要產學合作。王冠文教授表示，學術界提供新的理論技術，由最小的材料研發，到單一元件，最後組裝成為可應用系統，過程中不斷嘗試與落實學理，盡可能將成果與延伸至產業界。國科會之淨零排放專案，昭示臺灣學術界對淨零排放政策之投入。而經濟部能源署則利用業界能源科技專案補助產業界，關於能源前瞻技術、創新應用、關鍵技術研發，鼓勵產業界實踐研發成果。
洪緯璿教授認為，學術界在氫能發展中有兩個關鍵方向。第一，鼓勵跨學科研究，整合工程、化學、物理等多學科領域，培養具備全面知識的氫能專業人才。特別強調實際應用導向的研究，深入探討氫能生產、儲存、運輸和應用等方面，以滿足實際需求。第二，學術機構和產業界必需建立緊密聯繫，確保研究項目真的能滿足實用性，而且具有市場潛力。同時也提供學生實習機會，讓學生參與相關領域的實驗和研究，促使學術與應用間有效結合。
不論是學術研究或產業應用，氫能議題都不局限於單一區域，臺灣必須走向國際，也有機會發揮影響。洪緯璿教授表示，相關領域可以透過國際交流計劃，增加全球範圍的合作，推動氫能領域知識的分享；參與國際標準制定，確保氫能技術在全球一致且互通；並且與其他國家或地區合作，進行共同研發項目，確保結合人才培育與實際應用的需求，促進氫能技術的創新與發展。在不同平台交流學習，也借鑒其他國家的發展軌跡與科研方向，有助於臺灣在氫能領域持續前進。
資料來源：科技魅影
