中山大學電解海水製氫技術 可望坐擁氫氣海

2025國際碳稅徵收迫在眉睫,國立中山大學化學系特聘教授陳軍互研究團隊掌握關鍵技術,發表全球首例的「鹼性電解海水製氫原型機」,其獨特綠氫技術史無前例,更有望鏈結大規模生產,讓高雄西子灣成為尖端電解海水製氫技術的起源地。尤其臺灣是海島國家,若能成功取用海水並且長效地轉換成氫氣,能逐步擺脫能源依賴進口的束縛,也避免了區域戰爭下能源供應的斷鏈問題。

研究團隊指出,為追求2050年淨零排放,發展乾淨且可再生的替代能源刻不容緩。利用綠色電力如太陽能、風力等電解水所產生的氫氣(又稱為綠氫),是減少碳排放與儲能的利器。目前的工業活動亟需氫氣作為原料。相較於其他再生能源電力,氫氣能更有效地保存綠能,因此,電解水產生氫氣視為最有機會能以綠色能源大規模量產氫氣的新契機。根據2023年國際能源總署(International Energy Agency, IEA)報告,全球綠氫產能占比僅自2018年的0.1%逐步爬升至0.7%,仍有許多門檻需克服。

目前最大的困難之一,在於缺少能大規模生產的原型技術來驗證未來的商轉可行性。陳軍互研究團隊近期發表第一個鹼性電解海水製氫原型機,一舉大幅超越學術研究等級的產氫量。該原型機機體尺寸為長70公分,寬60公分,高74公分,搭載多個水電解元件,可對海水與一般水體進行水電解製氫,最高氫氣產量可達實驗室等級元件的百倍以上,確立了大規模製氫的可行性。

陳軍互解釋,團隊在室溫室壓下,可以利用業界公認為準量產技術雛形的「捲送方式(roll-to-roll)」來量產催化劑,1小時產出約5m x 0.25m的催化劑,代表有機會可以接上自動生產線,以較低成本、生產速度快來取得成品。參考國內外文獻技術,製作小到1cm x 1cm的催化劑都要以天為單位,多步驟製程更曠日費時,通常還伴隨高溫高壓。該機的運轉功率已超過商用基礎需求的千瓦等級門檻,同時配備無線遠端操控人機介面,防空機運轉的安全裝置等設計,呼應未來大規模場域佈建的需求,對未來大規模海水製氫的契機打下開創性的基礎。

陳軍互說明,全球大規模海水製氫的困難大致類似,主要技術問題為為氯氣有毒,以及海水腐蝕等兩大問題。關鍵在於如何防止核心催化劑的流失與抵抗海水中氯離子或其衍生物的化學腐蝕。「大規模水電解會對催化劑造成極大的剝離壓力,如果缺乏強而有力的化學鍵附著設計,再貴、再好觸媒或機組也只能逐漸失效。」該團隊獨有技術「酸性氧化還原輔助沉積法(ARD)」是有效地解決該問題的關鍵,目前已能量產超過一百平方公分催化劑。

中山大學表示,該研究成果榮獲2023未來科技獎、2021 IWIS國際華沙發明展金牌、2021 ASIE美國科學暨發明展金牌、2021加拿大TISIAS 特別獎等多項殊榮,確立ARD技術的高度產業價值與領先地位。【記者  鄒弘整理報導】