全球首座海水製氫原型機(jī)問世 中山大學(xué)突破量產(chǎn)綠氫關(guān)鍵技術(shù)
國立中山大學(xué)化學(xué)系特聘教授陳軍互與研究團(tuán)隊(duì)合影。照：中山大學(xué)提供
2025國際碳稅徵收迫在眉睫，國立中山大學(xué)化學(xué)系特聘教授陳軍互研究團(tuán)隊(duì)掌握關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)表全球首例的「鹼性電解海水製氫原型機(jī)」，其獨(dú)特綠氫技術(shù)史無前例，更有望鏈結(jié)大規(guī)模生產(chǎn)，讓高雄西子灣成為尖端電解海水製氫技術(shù)的起源地。
研究團(tuán)隊(duì)指出，為追求2050年淨(jìng)零排放，發(fā)展乾淨(jìng)且可再生的替代能源刻不容緩。其中，利用綠色電力如太陽能、風(fēng)力等電解水所產(chǎn)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(yè)活動(dòng)亟需氫氣作為原料，例如作為製作氨、雙氧水及甲醇的原料、火箭燃料、以及提煉金屬時(shí)的還原劑等。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(chǎn)生氫氣視為最有機(jī)會(huì)能以綠色能源大規(guī)模量產(chǎn)氫氣的新契機(jī)。
根據(jù)2023年國際能源總署（International Energy Agency, IEA）報(bào)告，全球綠氫產(chǎn)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(guī)模生產(chǎn)的原型技術(shù)來驗(yàn)證未來的商轉(zhuǎn)可行性。陳軍互指出，研究團(tuán)隊(duì)蓄積技術(shù)能量多年，近期發(fā)表第一個(gè)鹼性電解海水製氫原型機(jī)，一舉大幅超越學(xué)術(shù)研究等級的產(chǎn)氫量。該原型機(jī)機(jī)體尺寸為長70公分，寬60公分，高74公分，搭載多個(gè)水電解元件，可對海水與一般水體進(jìn)行水電解製氫，最高氫氣產(chǎn)量可達(dá)實(shí)驗(yàn)室等級元件的百倍以上，確立了大規(guī)模製氫的可行性。尤其臺灣是海島國家，若能成功取用海水並且長效地轉(zhuǎn)換成氫氣，能逐步擺脫能源依賴進(jìn)口的束縛，也避免了區(qū)域戰(zhàn)爭下能源供應(yīng)的斷鏈問題。
催化劑。照：中山大學(xué)提供
陳軍互解釋，團(tuán)隊(duì)在室溫室壓下，可以利用業(yè)界公認(rèn)為準(zhǔn)量產(chǎn)技術(shù)雛形的「捲送方式（roll-to-roll）」來量產(chǎn)催化劑，1小時(shí)產(chǎn)出約5m x 0.25m的催化劑，代表有機(jī)會(huì)可以接上自動(dòng)生產(chǎn)線，以較低成本、生產(chǎn)速度快來取得成品。參考國內(nèi)外文獻(xiàn)技術(shù)，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(fèi)時(shí)，通常還伴隨高溫高壓。該機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率已超過商用基礎(chǔ)需求的千瓦等級門檻，同時(shí)配備無線遠(yuǎn)端操控人機(jī)介面，防空機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全裝置等設(shè)計(jì)，呼應(yīng)未來大規(guī)模場域佈建的需求，對未來大規(guī)模海水製氫的契機(jī)打下開創(chuàng)性的基礎(chǔ)。
陳軍互說明，全球大規(guī)模海水製氫的困難大致類似，主要技術(shù)問題為為氯氣有毒，以及海水腐蝕等兩大問題。關(guān)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(xué)腐蝕?！复笠?guī)模水電解會(huì)對催化劑造成極大的剝離壓力，如果缺乏強(qiáng)而有力的化學(xué)鍵附著設(shè)計(jì)，再貴、再好觸媒或機(jī)組也只能逐漸失效?！乖搱F(tuán)隊(duì)獨(dú)有技術(shù)「酸性氧化還原輔助沉積法（ARD）」是有效地解決該問題的關(guān)鍵，目前已能量產(chǎn)超過一百平方公分催化劑。
中山大學(xué)表示，該研究成果榮獲2023 未來科技獎(jiǎng)、2021 IWIS 國際華沙發(fā)明展金牌、2021 ASIE 美國科學(xué)暨發(fā)明展金牌、2021 加拿大TISIAS 特別獎(jiǎng)等多項(xiàng)殊榮，確立ARD技術(shù)的高度產(chǎn)業(yè)價(jià)值與領(lǐng)先地位。研究團(tuán)隊(duì)成員包括研究生林璟翔、博士候選人林慧玲，以及資深技術(shù)開發(fā)經(jīng)理劉昀佩等人。此技術(shù)長期獲科技部、國家海洋研究院及其他產(chǎn)業(yè)單位的研發(fā)經(jīng)費(fèi)支持。期待更多相關(guān)政府單位與產(chǎn)業(yè)一起投入研發(fā)，共同為實(shí)現(xiàn)全球潔淨(jìng)能源和永續(xù)發(fā)展目標(biāo)努力。