能源供给 氢应用技术更上层楼
为减少对化石燃料的依赖,尽早达成净零目标,洁净能源「氢」被各国视为重要的解决方案。 工研院已着手研发多项与氢应用技术,降低依赖高碳排能源,提升使用安全性,解决电力供需问题,实现能源安全和环境保护的目标,藉此创造新的产业价值与机会,促进永续发展。
澳洲洁净能源委员会前任首席执行长Matthew Warren于2023年来台参与论坛时曾言,现阶段全球大多数国家仍依赖化石燃料,以台湾为例,目前约有45%的能源来自煤炭、36%来自天然气,核能则占8%至10%,再生能源仅占6%。
为降低对进口化石燃料的依赖,人们需持续发展再生能源以解决能源问题,特别是不会产生碳排放的氢能源;根据国家发展委员会公布「台湾2050净零排放路径」,其中氢能在2050年的发电比例将达到9%至12%。 该比例与目前台湾核能发电量占比10.8%相当,显见氢应用在未来能源中有着重要角色。
氢气健康安全监测解决方案 保障设备安全
氢是可燃气体,在空气中点火爆炸的浓度介于4%至75%,当氢气浓度太低,就缺乏足够的燃料引起反应;过高,则没有足够的氧气帮助燃烧。 因此,需精确监控氢气运输与储存状态以策安全。 过去工研院致力于研究设备健康安全监测技术,开发氢气泄漏感知芯片、微量气体传感芯片和振动智能芯片模组,这些技术的应用范围非常广泛,从工业用空压泄漏侦测,民生公共物联网中的空气品质传感,甚至连关键零组件健康状态,都能应用。
如今这项技术应用延伸至氢能设备安全监控,以智能传感技术,从产氢,运输,到储氢等设备进行全方位安全监控。 包含监控产氢与运输过程中的关键管线 (包括管段、阀体、法兰等)与储氢设备的氢气泄漏状态,以及储氢加压的机械泵的实时状态监控。 提早发现设备异常与管路泄漏,提升氢能生产、运输、储存的安全。
氢气计量与泄漏监测技术 1 分钟内检漏
为了能妥善且安全运用洁净的氢,在面对氢气易燃特性时,更需要多种创新技术来时时监测是否有泄漏的风险。 对此,工研院开发「氢气计量与泄漏监测技术」,利用最新的氢致变色薄膜,结合 AI 影像辨识及精准数据分析,将侦测时间缩小于 1 分钟内,且泄漏流量小于 1 LPM 就能侦测到。
这项技术以大量影像模型和精准数据模型训练的 AI 人工智能,不需额外的监控系统,可直接与原厂区的影像监控设备结合,便于布建,达到实时监测。 此外,氢致变色薄膜建置成本较低,不需电源线或通讯线,能广泛安装在厂房各处可能泄漏的位置,1台就可以同时监测150片至180片薄膜,不只大幅提升安装便利性,还能为业者省下大量成本。
动力型燃料电池电堆 增加氢能车续航力
燃料电池是一种利用化学反应直接转换燃料能为电能的装置,与传统的燃烧发电方式不同,燃料电池在发电过程中几乎不产生有害排放物,被视为洁净和高效的能源转换技术。 在全球推动交通运输行业走向减碳趋势下,使用氢气燃料的化学能转换为电能,具有高能量密度、高效率、安静、无污染等特点,而且在反应过程中只会产生水。 因此,氢燃料电池模组有可能成为未来电动车的干净动力来源。
根据经济部产业技术司《净零排放—氢能动力车载平台测试验证及环境建构》资料中指出,预估2030年以燃料电池动力载具取代现有的燃油巴士和物流车,将为减碳效益带来显著影响。 根据台湾每年5%的替代率来估算,约有2.000辆车动力将转为使用氢能,不仅将降低每年12.75万吨的碳排放量,同时促进可持续性绿色能源与环保交通运具的发展。
工研院研发的动力型燃料电池电堆,透过材料设计和运作逻辑的开发,将建立低流阻的自主大面积动力电堆单元设计,单一电堆的设计功率可达到40千瓦,透过多个电堆整合,输出功率可达100千瓦以上,足够供应大型巴士及大型物流货车连续行驶的需求。 工研院估算,动力型燃料电池电堆单元的性能已提升至国际水平,甚至更高。 未来将会在氢能移动载具市场引入动力型燃料电池电堆,包括3.5吨氢能电动物流车辆和氢能电动巴士等,以展现超长续航力,完成长程运输的任务。