当氢与氧结合时，会产生大量能量，这些能量可用於发电等等。由於氢能在使用时还具有不排放二氧化碳的特点，因此已经被视为是替代化石燃料的新能源。

由於氢原子的高活性，氢气不存在自然界中，而是以化合物，如水、甲??之形态存在。地球表面的氢原子大部分以海水的形式存在，氢分子必须透过工业制造才能更进一步的获得氢能源，虽然氢气本身虽然不含碳，但获得氢气的原料或转换制程仍会衍生碳排，其来源将影响减碳效益。因此如何在不排放二氧化碳的方法下，来大规模生产氢气，已成为现阶段技术的研究重点。

透过颜色来区分各种制程的氢气产物

氢是构成各种物质的重要元素。可以透过化学分解这些物质来提取氢气，方法也有很多种，例如工业上，生产方法有水电解法和天然气化学分解法。

进行电解水时，由於淡水的导电能力较差，因此在电解前比需加入氢氧化钾等电解质（固体高分子电解法）。此外，也可以利用水电解从海水中提取盐，并在制盐过程中获得??产品的氢气（图一）。

图一 : 利用电解方式来获得氢气能源。（source：日本三井物产）

在天然气的化学分解中，则是透过天然气中所含的甲??（CH4），与水蒸气反应来获得包含氢气的大量气体，这时就需要透过特殊设备来提取氢气。除了这些方法之外，还有一种类似天然气化学分解的方法，透过生物质在高温下分解，所产生的气体再与水蒸气反应後而获得氢气。

通常氢气多以颜色来区分制成的不同。利用碳氢燃料重组获得的称为灰氢，碳排为约12 kg CO₂/kg H₂。煤气化、热裂解、水解等方法获得的氢气称之为褐氢，碳排为5 kg CO₂/kg H₂。利用再生能源或核能进行电解水制成的氢气，被称为绿氢。

最後，在灰氢生产过程中产生的二氧化碳，将其收集後储存在地下，一般认为这并不排放任何二氧化碳，因此用这种方法生产的氢气被称为「蓝氢」。目前生产的氢气中95%以上是灰氢，因此未来有必要减少灰氢的比例，来降低碳排放。

日本氢能扩大到电动车、住宅与核能

以氢能做为燃料的电动车（FCV）也被开发出来，虽然是以氢能当做燃料，但并非和汽油一样是使用内燃机，而是透过燃料电池的与氧气结合交换来产生电力。不仅小型车，目前使用也开始出现使用燃料电池的大型卡车。最大特点除了，不再使用内燃机和无需充电之外，在行驶时完全不排放二氧化碳。

目前在日本，已经有使用氢能源的「燃料电池巴士」、「燃料电池卡车」和「燃料电池踏板车」在道路上行驶。根据日本产经省的统计，预计在2030年使用燃料电池作为动力的电动车将超过80万辆。

此外，针对个人或家庭用的小型设备方面，目前已有利用氢能作为主要燃料的发电机，这是一款由Panasonic在2009年，推出的家用燃料电池发电机Ene-Farm。根据日本产经省的统计，在2019年ENE-FARM的销售量超过28万台，预估到2030年，这一数字将达到530万台。

关西电力尝试在核电厂生产氢能

日本主要发电城市之一的福井县敦贺市，虽然有着日本原子力株式会社的敦贺发电厂1号、2号机组，以及北陆电力株式会社的敦贺火力发电厂。但是在东北地震後所造成的不安感下，在面对「零碳」基本政策时，设置新核电厂已经不再是首选，而是转而转向考虑同样不会排放二氧化碳，包括再生能源和氢等能源多样化的可能性。

敦贺市政府於2019年，在公设区域设置的「敦贺氢能源站」，利用站内的太阳能发电系统生产氢气，供应给燃料电池汽车，或储存在称为Cadre的特殊容器中，可在需要时使用（图二）。

图二 : 一名驾驶将氢能源站的氢气燃料加入电动车中；为电动车补充氢气燃料（左）及储氢Cadre（右）。（source：日本产经省）

致力於利用核能生产无碳氢

长久以来，敦贺市就是通往日本内陆的门户，更担负着敦贺港的交通枢纽，遍布着通往关西、中京、北陆的陆路、铁路、高速公路等。因此，敦贺市政府相信未来使用氢能的长途运输大型卡车的数量将会增加，在这种情况下，市政府决定将重点发展零碳氢化合物能源，并且也启动了一个利用核电厂的新氢计画。

这是日本首次利用关西电力自有核电厂生产的电力生产核氢的试验性运转。因为核电与再生能源一样，是一种不排放二氧化碳的能源，因此核电产生的氢也是无碳氢化合物。

由於关西电力了解到敦贺市正在努力创建多个核心产业，并建立能源多元化的氢能源供应链，因此决定合作创造名为「核能发电氢」的清洁能源。

在本次规划中，利用关西电力核电厂产生的电力，透过输配电网路供应至敦贺氢气供应站来制造氢气燃料，并透过追踪从核能发电电力到氢气使用的一系列能量流，来证明出供应站中得氢气燃料，是利用核能发电电力生产的（图三）。

图三 : 透过关西电力核电厂所产生的电力，来提供生产氢气时所需要的电力。（source：关西电力株式会社）

EnBW与西门子合作实现氢能发电

德国能源巨擘EnBW与西门子能源在2022年宣布，双方将共同推广使用绿氢作为发电燃料。这一项重要的试验计画将在EnBW位於巴登-符腾堡州斯图加特的区域供热厂进行。此外，斯图加特市附近还有一座区域供热厂，从煤炭改用天然气後，该地区将不再使用煤炭发电或供热。这预计将在2026年左右实现。

该工厂计划采用西门子能源公司的两台最先进的燃气涡轮机，这部涡轮发电机可将高达75%的氢进行混合後进行燃烧。EnBW期??在三年内将所使用的燃料从煤炭转换为天然气，并且在转换时，所有设备的建造方式将最终能够从天然气转换为100%氢气。这2台涡轮机的输出功率各为为62MW，足以取代目前的三台燃煤锅炉，预计绿色氢能电力将在10到12年内问世。

这台涡轮发电机是采用西门子能源所开发的DLE技术，DLE技术的本质是在燃烧前混合燃料和空气，以精确控制火焰温度，从而控制产生氮氧化物排放的化学过程的速率。但是氢气的较高反应性却会给给DLE系统中的混合技术带来了特殊的挑战。因此，西门子透过了涡流稳定火焰与稀薄预混相结合来实现低NOx且无需稀释燃料，但如果希??将氢气量推至超过50%甚至高达100%，则需要更改硬体和控制系统，例如新的燃烧器设计。

图四 : 西门子的DLE工业燃气涡轮机可以100%使用氢气来发电（source：西门子能源）

新加坡至2050年50%的电力来自於氢能

新加坡在2030年初宣布了一项策略，计画到2050年时，发电燃料的一半将采用氢能，期??透过支持氢发电厂和供应网路的商业化，以降低目前对天然气高达90%以上的依赖度，并且实现国家零碳排放的目标。同时新加坡的能源市场监理局开始制定法规。并向业界提交了一份法规草案，要求新建或更新的燃气发电厂的设备能够将至少30%的燃料与氢气混合并燃烧。不过，这项计画可能会对高度依赖煤炭的邻国的能源政策产生影响。

图五 : 新加坡计画在2050年达到50%氢能发电（source：日本日经）

新加坡??总理黄循财曾在国际能源相关会议上表示，「氢能源将有可能成为下一个尖端领域」。如果技术创新取得进展，他相信到2050年，氢气可以满足多达一半的电力需求。

因此吸引了全球相关能源企业投入，例如目前当地最大的跨国企业-吉宝集团 （Keppel Corporation）正与日本的三菱重工、IHI等海外公司合作，希??能协助新加坡政府达到此一目标。吉宝计画在该企业位於裕廊岛的Sakra Cogen工厂，建造新加坡第一座氢能发电厂。总建设成本约7.5亿新币。发电量60MW，相当於一座中小型规模的核电厂。该厂初期将采用天然气提供动力，预计於2026年上半年启动後，氢气的添加量将逐步增加。

亚洲成为最大的氢气能源使用区域

亚洲必将成为全球最大的氢气能源消费区域。根据氢能委员会和麦肯锡的报告显示，2050年全球氢及衍生产品的需求量将达到6.6亿吨。光是中国、日本、韩国、印度四个国家就占了总数的40%以上。日本和韩国预计将透过进囗满足大部分需求，与氢气生产国合作建立运输方式并发展供应网络。

图六 : 亚洲区域对於氢气的需求急速增加（source：氢能委员会）

而澳洲正在成为氢气生产和出囗的主要叁与者。尽管日本是其煤炭和天然气等化石燃料的主要出囗国，但在2019年制定的国家氢能源战略，并着眼於朝向零碳过渡，目标是到2030年成为主要出囗国。有多个计划在昆士兰州和塔斯马尼亚州等州建立氢气生产和出囗基地，澳洲政府投资总额为5.25亿澳元。包括铁矿巨头Fortescue Metals Group，而石油天然气巨头Woodside Energy Group也计划在澳洲生产氢气。

氢能的未来与不足点

目前全球能源产业都能了解氢能的优点，但常见的制程技术，是从化石燃料产生氢气，在制造过程中会排放二氧化碳。不过，如果未来能够使用再生能源来供应制造氢气所需的能源，就有可能获得不排放二氧化碳的氢能源。

然而，由於氢气具有腐蚀和脆化金属的特性，它不可能像天然气一样储存。因此，需要特殊的容器来储存氢气，而这些周边设备更是成本负担的一个重大因素。

高能源效率也意味着发生事故时造成的损失可能更大。与汽油一样，氢气引发事故的风险也不能说为零。

为了正确、安全地管理氢气，更重要的是被储存的氢气完全不能有泄漏的风险、所以「检测」是否有泄漏以及「不允许泄漏的氢气残留」等机制，是当前最急迫发展的技术。

另一方面，氢气除了能源效率相当高之外，更可以从多种资源中生产，因此对於能源资源匮乏的国家相当受到关注，因为它可能大幅降低对於能源采购和依赖进囗的问题。

不过，发展氢能产业更重要的一个问题，是氢供应链不够发达。氢气在气态时单位体积的能量密度较低，需要大容量的储存槽来储存。而且为了保持液态，必须维持在-253℃的超低温下，因此以目前对於储存和运输的技术能力而言，并不能说是非常高效的。此外，虽然部分国家已经开始安装供应氢气的「氢能供应站」，但可见率仍旧是相当低。

因此期??氢能可以成为下一代主力能源，正面临的多方面的挑战，在需求端最急迫的是如何扩大燃料电池汽车（FCV）的普及，而在供应端则建立供应链并确保氢气的稳定供应。