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• 海水是製氫的豐富資源。但在研發上面臨腐蝕、各地海水成分不一致、成本過高等技術挑戰，因此目前還未能商業化。
• 筆者團隊開發出的高熵觸媒技術，可直接電解海水製氫，設備具高抗腐蝕性，若能結合離岸再生能源，有望推動規模化生產。
• 未來，臺灣海水製氫的發展將結合產學研力量，透過政府支持、研究創新及國際合作，推動綠氫商業化並銜接離岸再生能源應用。

隨著全球氣候變遷的加劇，實現淨零碳排已成為國際社會共同追求的重要目標。為此，除了需要逐漸提高碳捕存（carbon capture and storage, CCS）與再生能源的規模外，發展綠氫技術更是實現碳中和的重要途徑。氫能作為一種高效的清潔能源，具有燃燒過程中無廢氣、熱值良好、高能量密度、利用方式多樣化等特性。而透過再生能源發電，並將這些電力應用於電解海水產製綠氫更是具有極大潛力，對資源的豐富性、環境效益、副產品可回收利用等方面也具有優勢。然而，目前海水產氫的技術挑戰和高成本，是使它廣泛應用的主要障礙。為克服這些限制，近年來有許多專家在氫能領域中，不斷地研發高效且抗腐蝕的觸媒材料，同時探討電解質的選用與處理，期望能藉此提高海水產氫的效率，進而持續擴大氫能發展至工業級規模，以對接產業界的需求（圖一）。

 

圖一｜電解海水產氫工廠示意圖

為什麼要用海水製氫？

讀者可能會問，地球上的水資源種類這麼多，為什麼要特別選用海水製氫呢？直接利用海水的優勢在於，海水在地球上的比例是全球水資源的97％。若能利用含量豐富的海水，便可避免和淡水資源的競爭和消耗，對於缺水地區而言尤為重要。而在生態方面，以海水生產出的氫氣不會排放二氧化碳等溫室氣體，可減緩氣候變遷並符合永續發展的要求。

此外，海水含有許多複雜成分，在反應過程中可以產生鹽和其他化學品。例如氯氣、氫氧化鈉等副產品，就可以被回收利用而提升經濟效益；沿海國家和地區則可憑藉地理優勢，加以利用當地豐富的海水資源進行氫氣生產，減少依賴進口能源且提高能源自主性。近年來，離岸風電從過去的固定式走向浮體式發展，也增加了就地直接電解海水、轉換為氫能的必要性。

目前各國也有海水產氫的成功案例。像是美國史丹佛大學（Stanford University）、奧勒岡大學（University of Oregon）、美國能源部（United States Department of Energy）的SLAC國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）， 以及英國曼徹斯特都會大學（Manchester Metropolitan University）的研究人員就共同研發出一種可以安全地從海水中提取氫氣的裝置（延伸閱讀3），而海水流經雙膜過濾系統後還能製造出相當於燃料的物質。藉由電力從海水中提取氫氣、雙膜分離出海水中的其他元素，將有助推動生產低碳燃料。另外，澳洲墨爾本皇家理工大學（Royal Melbourne Institute of Technology）則製備出用來處理海水的新型催化劑，不僅減少耗能還可以大量生產，不需要任何的海水淡化步驟即可電解海水產氫。

海水製氫的困難及現況

即便相關研究皆有所進展，但目前海水製氫的技術還處於研究和試驗階段、尚未規模化，要實現商業化應用仍需克服多方面的技術和經濟挑戰。像是海水中含有多種鹽類和雜質，直接電解海水可能與電極材料相互作用、產生競爭反應，進而影響電解過程的效率和穩定性，還會導致設備和材料的腐蝕問題，因此對技術和成本層面有較高的要求。此外，各地區的海水成分與濃度也不盡相同，即便是同一地區的海水也會受到季節與鄰近地區影響而造成差異，因此在電解質的使用或純化過程上就更加複雜。有許多學者對此感興趣，像是德國於利希研究中心（Jülich Research Centre）的科學家就非常重視電解質中微量元素的差異，認為這些不穩定物質的存在可能對系統造成負面影響，必須預防這些問題的發生，才能進一步提高製程的穩定性和材料壽命。

近年來，臺灣也有不少研究團隊為了突破海水產氫的困境，致力於改善材料的特性、提升整體系統的性能與規模，進行了許多具指標性的研究。

……【更多內容請閱讀科學月刊第659期】