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資料時間：2019/9/18 提供者 ： 林祥輝  

日本公布「氫氣・燃料電池技術開發戰略」，提出技術開發的3個重點領域及10個重點項目

摘要

 

日本經濟產業省為實現2019年3月修訂的「氫氣・燃料電池戰略路線圖」的目標，於同年9月18日公布「氫氣・燃料電池技術開發戰略」[1]，提出技術開發的3個重點領域及10個重點項目，詳如附表一所示，各領域的要點如下：

  1. 「燃料電池」領域：包括「車載用燃料電池」、「定置用燃料電池」、「輔助設備和儲氫罐等相關系統」等3個重點項目。「燃料電池」項目的主要課題是高效率化、高耐久性和低成本化，著重在關鍵零組件的技術開發與製造；「輔助設備和儲氫罐等相關系統」項目則強調燃料電池系統的最佳化、低成本化和多用途使用的技術開發。
  2. 「氫氣供應鏈」領域：包括「大規模製氫」、「輸送和儲存技術」、「氫氣發電」和「加氫站」等4個重點項目。「大規模氫氣的製造、輸送和儲存技術」項目主要進行國際氫氣供應鏈的相關技術開發；「氫氣發電」項目進行氫氣穩定燃燒和低NOX燃燒器等技術開發；「加氫站」項目進行壓縮機、蓄壓器等設備開發，以及充填、計量等相關技術開發，旨在降低加氫站的建置和運轉成本。
  3. 「水電解等其他」領域：包括「水電解技術」、「產業應用」和「非連續創新技術」等3個重點項目。「水電解技術」項目進行各種水電解裝置的技術開發；「產業應用」項目主要推動產業製程中利用無CO2氫氣(例如以再生能源製造的氫氣)；「非連續創新技術」項目進行製氫技術、氫氣液化技術、能源載體、燃料電池、化學品合成等創新的開發。

 

為了有效地促進氫氣和燃料電池的技術開發，將推動技術開發計畫的評估與廣宣、匹配需求和種子的資訊，以及加強國際的合作等。

  1. 技術開發計畫的評估與廣宣：為了使技術開發在產官學合作下能夠取得成果，必須客觀地評估計畫成效。此外，對於推廣氫氣的使用，應獲得廣泛的社會理解，促進實際的安裝使用，有必要進行廣宣活動。
  2. 需求和種子資訊的匹配：透過各種方式，例如意見交流和分享的平台，說明、分享和匹配來自燃料電池開發公司提出應解決技術課題的「需求」資訊，以及來自研究/技術人員所持有的技術和知識等「種子」資訊。
  3. 加強國際的合作：採取戰略措施也很重要，為了有效地利用有限的資源進行技術開發，以維持競爭力，將資源集中在重點領域，並掌握其他國家的動向，建立與氫能有關研究機構的國際網絡，展開國際合作等。

 

此外，將根據戰略路線圖中目標的達成狀況、技術開發計畫評估結果和海外動向等，對「氫氣・燃料電池技術開發戰略」進行必要的修正。

 

評析

 

日本「氫氣・燃料電池戰略協議會」為實現「氫能社會」，根據2017年12月制定的「氫能基本戰略」[3]、2018年7月制定的「第5次能源基本計畫」，以及2018年10月舉行國際氫能部長級會議的「東京宣言」等，於2019年3月修訂「氫氣・燃料電池戰略路線圖」[4]，揭示各領域的目標。

 

為檢視「氫氣・燃料電池戰略路線圖」目標的達成狀況，經濟產業省和新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)於2019年6月17日至21日舉行「氫氣・燃料電池計畫評估和課題分享週」，針對經產省和NEDO支援的研究開發計畫進行評估，提出用戶端的需求和發掘新的種子，進行整體產官學的技術開發討論。「氫氣・燃料電池戰略協議會」則依據該分享週所提出的技術開發課題，制定了「氫氣・燃料電池技術發展戰略」，確定今後技術開發的重點 [2]。

 

依據日本經濟產業省2020年度的能源相關預算要求，在「加強實現氫能社會」項目上，編列807億日元，比2019年度預算(602億日元)大幅增加，其將擴大推廣燃料電池車、加快建置加氫站、支援次世代燃料電池的技術開發、建立國際氫氣供應鏈等[5]。

 

我國為了建立永續能源系統和實現非核家園的目標，氫能列為我國綠能產業發展重點之一，目標在2025年氫能燃料電池設置達60 MW。因此，日本「氫氣・燃料電池戰略路線圖」提出相關技術和產品的成本目標，以及「氫氣・燃料電池技術開發戰略」提出的技術開發重點，可做為我國今後推動氫氣與燃料電池技術開發的參考，加速我國相關技術的商業化腳步。

 

參考資料

[1] 水素・燃料電池技術開発戦略，水素・燃料電池戦略協議会，2019/9/18。

[2] 水素・燃料電池技術開発戦略を策定しました，経済産業省，2019/9/18。

[3] 日本政府公布「氫能基本戰略」，提出2030年家庭用燃料電池530萬台、燃料電池汽車80萬輛、加氫站900座、氫氣成本30日元/Nm3等目標，能源知識庫，2017/12/26。

[4] 日本發表「氫氣・燃料電池戰略路線圖」，設定新的基本技術規格和細項成本目標，提出實現該目標的必要措施，能源知識庫，2019/3/12。

[5] 日本2020年度能源相關預算要求為8,362億日元(約新臺幣2,425億元)，推動再生能源主力電源化、實現氫能社會、加速碳循環創新等能源轉型和脫碳化，能源知識庫，2019/8/31。

 

附表一、日本「氫氣・燃料電池技術發展戰略」的具體技術開發項目[1]

重點領域

重點項目

具體的技術開發項目

燃料電池

1. 車用、固體高分子型燃料電池(PEFC)
  • 低白金觸媒、非白金觸媒、大幅降低觸媒使用量的開發
  • 電解質膜的高傳導、薄膜化、氣體滲透抑制和高耐久性
  • 提高氣體擴散層的低阻抗性、氣體擴散性和排水性
  • 雙極版的高耐久性、低阻抗性、高排水性和優良的沖壓成形性
  • 密封材料的氣體、冷媒滲透抑制和提高生產性
  • 開發在高溫下能保持性能的觸媒、觸媒載體、電解質膜等
  • 在極端環境下性能和耐久性的技術開發

2. 固定放置用、固體氧化物型燃料電池(SOFC)
  • 發電端效率超過65%(LHV、低熱值)的電池組和系統開發(質子傳導率、單獨發電化)

(單獨發電monogeneration、熱電聯產cogeneration)

  • 提高電池組的耐久時間(13 萬小時以上)和縮短啟動時間
  • 提高系統的燃料利用率
  • 開發能夠支持沼氣(biogas)等燃料多樣化的電池組

(PEFC和SOFC共通技術)
  • 燃料電池組件的連續製程技術開發
  • 使用燃料電池的能源管理系統開發
  • 制定性能和耐久性有關的加速劣化試驗協定(protocol)和確定劣化模式

3. 輔助設備和儲氫罐等相關系統
  • 減少移動式儲氫罐中碳纖維使用量和提高容器製程效率的技術開發
  • 燃料電池系統(包括相關的輔助設備)優化和降低成本的技術開發
  • 除乘用車(載客車)外，有助於燃料電池系統多用途使用的技術開發

氫氣供應鏈

4. 大規模氫氣製造
  • 利用褐煤的氣化爐等設備高效率化、低成本化的技術開發
  • 水電解裝置大型化、高效率化的技術開發

5. 輸送/儲存技術
  • 提高氫氣液化效率
  • 使用於裝卸(loading)的低溫氫氣用壓縮機開發
  • 裝卸臂(loading arm)大型化、低成本化的技術開發
  • 用於氫氣發電的液化氫增壓泵開發
  • 海上運輸用和陸地儲存用儲槽大型化的隔熱系統開發
  • 極低溫材料開發和評估技術開發(金屬材料和樹脂材料)
  • 提高氫化/脫氫觸媒的性能以減少甲苯(toluene)損失
  • 利用廢熱進行脫氫化製程的低成本化和低碳化
  • 電解合成等新觸媒開發以降低系統成本

6. 氫氣發電
  • 因應環境性(低NOx)和氫氣的燃燒特性，實現高效率發電的燃燒器開發
  • 利用發電設備的廢熱，自MCH(甲基環己烷methylcyclohexane)和氨等氫氣載體進行脫氫反應的高效率化和低成本化

7. 加氫站
  • 透過遠程監控進行加氫站的無人化操作和設備配置等，並進行風險評估
  • 取得泛用金屬材料的氫氣特性等相關數據
  • 延長蓄壓器壽命，開發新的檢查方法
  • 提高軟管和密封材料的耐久性
  • 新的充填協定(protocol) (緩和氫氣供給溫度等)
  • 根據運轉數據分析結果等，對加氫站每個設備的規格和控制方法進行標準化和規格化。
  • 壓縮機的高效率化和低成本化(開發電氣化學式壓縮機、熱化學式壓縮機等)
  • 開發液化氫泵
  • 開發用於燃料電池卡車等新用途的充填、計量技術
  • 開發大容量、輕量容器
  • 開發高容量、高耐久性的儲氫材料並建立生產技術

水電解等其他

8. 水電解技術

 

鹼性型水電解裝置、固體高分子膜(PEM)型水電解裝置
  • 擴大電流密度控制範圍的技術開發
  • 降低能源消費量(kWh/Nm3)
  • 減少電解的金屬使用量來降低設備成本(日元/kW)
  • 降低維護成本(日元/(Nm3/h)/年)
  • 降低劣化率(%/1000小時)
  • 減少觸媒的金屬使用量(mg/W)
  • 提高負載變動時電極等零件的耐久性

陰離子交換膜(AEM )型水電解裝置
  • 探明電解質材料和觸媒材料的劣化機制和提高耐久性
  • 電池組的高效率化、高耐久化和低成本化

固體氧化物型電解電池(SOEC)
  • 提高電池組的耐久性
  • 電池組製造技術的低成本化開發

水電解技術的共通基礎
  • 水電解反應解析和性能評估等基礎技術的開發
  • 整個系統(含輔助設備)優化的演算法開發
  • 甲烷化廠的高效率化、低成本化和高耐久化

9. 產業應用
  • 評估無CO2氫氣替代的經濟性和CO2減排效果
  • 檢討煉鋼過程中氫氣利用潛力(COURSE50計畫、氫氣還原煉鋼技術)
  • 氫氣利用的生命週期評估(LCA)
  • 檢討向現有瓦斯管線注入和利用氫氣的潛力
  • 檢討在煉油、石油化學等產業園區使用無CO2氫氣
  • 電氣化有困難時，開發高熱值氫氣的替代技術
  • 有助於擴大氫氣燃料應用領域的技術開發

10. 非連續的創新技術
  • 高效率水電解、人工光合成、氫氣高純度化的可滲透膜等新製氫技術的研究
  • 開發創新的高效率氫氣液化機
  • 開發長壽命的液化氫保存材料
  • 開發低成本、高效率的創新能源載體及其製造技術
  • 緊緻、高效率、高可靠度、低成本的創新型燃料電池技術開發
  • 開發利用無CO2氫氣和CO2的創新化學品合成方法
 

 

關鍵字標籤
燃料電池氫氣供應鏈水電解