不要誤解了「氫能」

2000px-Electron_shell_001_Hydrogen_-_no_label.svg文/有熊老師 陪你教數學

最近「氫能」這個詞紅起來了;但我要提醒大家,不要誤解了「氫能」這個詞。 在此之前,「氫能」在汽車產業的風潮,並不是把它當成一種「能源」 (並不是將之視為,類似風力、地熱的產能、發電方法) ,而是把它當成「電池」在用。

<< 氫氣 燃燒,產生水會放熱,放熱可以發電,這樣不就是「能源」嗎? >>

我想,用「抽蓄式水力發電」來當例子,大家就能理解了。
水力發電有兩種,一種是三峽大壩那樣「水一直流、一直流,就一直發電」的,因為「一直會發電」,所以叫「慣常式水力發電」; 還有另一種,是像日月潭那樣,本身是一個湖,白天用電高峰的時候,就把水放下去,利用水的重力發電; 但你今天放水、想再積滿要很久,所以會利用晚上用電少的時候,消耗電力把水抽上來,這就叫「抽蓄式水力發電」。
「抽蓄式」的水力發電,如果不考慮湖水的自然補充,那它讓水流下去所能發的電,一定不會大過「抽上來」所消耗的電力,所以它原則上「不會多生產電能」

抽蓄式水力發電,基本上就是一顆大電池; 晚上充電、白天用電。

同樣的,如果要討論「氫能」是不是一種「發電方法」、算不算一種「能源」,那就要思考這個問題:

用來發電的那些氫氣,哪來的? — 是不是要消耗能量來生產 (像耗電把抽水上來一樣)?」

因為「氫氣」在自然界中並不容易直接存在 — 讀過理化就知道,氫氣易燃,在自然界中的氫原子,絕大多數都跟別的東西結合了。

目前取得氫氣的方法有三種:

1. 電解水
2. 產生水煤氣
3. 事業廢棄物 (副產品)

產氫 先講第一個「電解水」: 如果氫氣要「用電,去電解水」,那一樣,充其量是把氫當作一種「儲存能源」的手段 — 消耗電能產生氫氣,再用氫去產生熱能來發電,就像抽蓄水力發電一樣。

而不論是「耗電產氫」還是「燒氫發電」,都不可能有 100% 的效率,所以這麼換來換去,一定會有能量耗損掉。

這並不是說「傻瓜才會 “電解水產氫,再燒氫產電」,不,即便電解水會耗能,在產業界還是可行 — 這就是前面提到過的:

產業界在講「氫能」,絕大多數是指「(車用) 氫燃料電池」; 所以雖然「產氫、再燒氫」的過程會浪費一部份電力,但如果換來儲存和攜帶電力的便利性,那它還是有商業價值的。 — 但「用電產氫、再燒氫發電」仍然不能當作一種發電方式、不該被視為「能源」。

再介紹「水煤氣」,水煤氣是指 「一氧化碳 + 氫氣」,詳細的製作方法可以看這篇文章的介紹,我在底下只說結論。

化石燃料制氫

簡單來說,用這種方法產生氫氣,不論原料是煤焦也罷、甲烷也罷,都只是把燃燒這些燃料的能量,用掉一部份拿來產生氫氣。
比方說,本來燒甲烷能得到 1000 單位的能量、用來發電, ( 產物為 二氧化碳、水) ;
現在變成,用一些特別的方式燒甲烷,只有 800單位的能量可用來發電 (但產物變為 二氧化碳、氫) , 然後你想辦法將那些氫存起來、弄到車上,再用它產生能量 ( 一定比 200少 )。

然後你就會聽到有人說「這些是乾淨的氫能」 …… 但,這跟黑幫洗錢漂白,是一樣的邏輯 — 先把收來的保護費拿去買名畫、再把名畫賣掉變成錢,就說它是「交易所得」而不是「犯罪所得」。

「水煤氣」的產氫、發電方式,只是把本來燒煤、燒甲烷產生的能量, 以 “氫氣” 這種型式來儲存,之後再用掉; 這些能量,無疑地就是本來燒煤、燒甲烷就可以取得的能量,不能算是「乾淨能源」。

<< 用化學方法產氫,難道只有水煤氣嗎? 理化課不是有上,鈉丟到水裡,也會產生氫氣啊! >>

是啊,那麼…… 那個「鈉」從哪來?
氫的活性算小了,自然界中還是不容易有氫氣,更何況是「金屬鈉」。在自然界中,沒有那種「一整片挖出來就是鈉」的礦藏。
我就直接說了吧,實驗室裡的鈉,就是「電析」來的。
這很合理啦,基本上,活性比碳大的金屬都無法用便宜的煤來冶煉,所以儘管細節方法各有不同,但大抵都是「電析」出來的。
「用電產鈉,再”鈉+水”產氫,再用氫發電」 …… 就不用我說了吧。

<< 那為什麼,有人會說「氫能 是 綠能」呢? >>

嗯,

a) 大部份都是「商業話術」啦……
我這麼說也許有點殘酷,但事實是這樣。
既然「氫能」多半只是當「電池」在使用;那它「綠不綠」、「乾淨不乾淨」的關鍵就在於:「你耗電產氣的那個電,是用再生能源嗎? 還是用火力?」
如果你發電用的是火力,那你用這些電就還是排碳,不會因為中間先轉了氫、再轉回來,就漂白染綠變成綠能; 而且「電–氫 — 動能」之間多耗損的電還更浪費。

b) 大部份的人認為,「電動 取代 汽油」較利於環保、永續
因為「至少發電的方法裡,有風力、水力」這些再生能源,核能 也有低排碳、不怕用完的特性。 所以比起汽油車,電動車還是被視為 “比較環保”。
但是要注意,在這裡所說的,氫的「環保優勢」是針對「(車用) 氫燃料電池,取代汽油」,而不是指「用氫發電」;

<< 那,難道就沒有「真環保的 “用氫發電” 」嗎? >>

c) 有,就是上面提到的第三種產氫方法「廢棄物產氫」

也就是說「我用來發電的這些氫氣,既不是電析、也不是燒煤排碳得來的,而是…… 我本來在生產某些產品時,就會連帶製造的一些氫氣」。

就像所謂的「汽電共生」、「稻梗、木屑、豬糞發電」一樣,把用事業廢棄物裡的氫蒐集起來,的確算得上是「綠色能源」 — 但,並不是所有的「廢棄物產氫」都能算得上是「環保」、都算「綠色能源」。

關於「廢棄物 (事業副產物) 產氫」大家要深入去思考兩個問題:

Q1. 這些氫,本來不發電的嗎?

為什麼我會這麼問呢? 因為「事業廢棄物裡的氫」有一個大宗,是鋼鐵業等重工業的「焦爐煤氣」;
現在會有一種說法,是 “可以從焦爐煤氣裡,把氫提取出來、然後用來發電” 。

但你如果認為這樣環保,那你就錯了;因為這些焦爐煤氣,現今的做法,本來就會拿來燒掉、發電,這就是我上面提到過的「汽電共生」。

也就是說,「本來就有用來發電的焦爐煤氣,我們花費成本和能量,從裡面提取出氫氣、然後用來發電」…… 你怎麼會覺得這樣環保?
事實上,這件事情 — 從焦爐煤氣提取氫 — 並不是一件傻事,它的確是「氫能產業」的一個重點,為什麼呢?

這就回到上頭一直在講的、這已經是我第三次提醒大家了:「產業裡重視的 “氫能” ,本來就不是指用來發電,而是把氫提取出來,放到汽車上,取代汽油或其他電池」

簡單一句話:「把氫氣提取出來,做成 「氫燃料電池」,比直接燒掉煤氣發電,還要更有賺頭」。

所以你假如有點進去上面的連結看,就會看到它刻意「從 水煤氣 中,提取氫氣」 — 其實水煤氣本身就可以燒、可以發電了,為什麼還要提取氫氣呢? 同樣的,因為這樣比較有賺頭。

但這樣的「氫能」的流行,反而會讓本來被用來「汽電共生」發電的廢氣,突然間變得有價值了 — 反而會減少汽電共生的額度。

所以說,我們可以因為「焦爐煤氣的量很多」,就說「氫能」是一種可期待的能源選項嗎? 不行……

Q2. 扣除掉「本來就被用來發電」的煤氣,「事業廢棄」的氫還有多少?

嗯,很少啦。 舉例來說,之前有報紙隨著政治人物的行程,特別報導了一個標竿的例子: 「中華紙漿」。

報導中說,「中華紙漿」一整年的產氫量可以「生產9.3萬罐氫燃料電池罐,可供氫燃料電池機車繞台灣1930圈」 — 但記者的這種算法,是指「一台」機車繞台1930圈。 繞台一圈是1120公里,國人機車平均一年騎4460公里,差不多是四圈。換言之,文中最大廠產的氫一年只能供應不到500台的 電動「機車」。
然後,有多少工廠的化學程序會產氫? 又有多少有規模化可以將之蒐集?  大家可以想想……

又, 如果以電動機車,一公里耗 0.0395度電* 繞台一圈1120公里*繞台1930圈 = 85383.2 = 8萬5千多度; (一年哦~)

那我們假設政府超厲害,找到不止這一家,而是相當於 1000 家同等規模的業者好了,那是8500萬度的電 — 這樣有很多嗎?

嗯,核電廠一年發電量100億度,這個我們不去比; 同樣是「廢棄物發電」,光是全台燒垃圾的焚化爐發電量,一年就有30億度左右。

所以說,我們真的能把「氫能」視為「能源」嗎?

我認為,這樣說是公允的,「真正環保的、用來發電的 “氫能”」,像上述紙漿廠的產氫,在台灣其實很少。 但因為有這些「正牌」的存在,讓許多「只是電池,不是用來發電的」、「耗能、不算真正環保的」各種「氫燃料產業」都可以跟著說自己超環保、超棒。

這些「氫燃料產業」的確有商業上的利基,所以在汽車產業、在重工業、在投資界,的確有著這麼一股潮流、在歌頌著「氫能」。

然後,期待能找到乾淨新能源的人們,包括政治人物、或媒體、或一般社會大眾,在各種誤會和誤導下,往往就以為、相信「氫能,是一種新能源」。

對於本來不知道真相的人,那他不知道嘛…… 但現在既然各位已經知道了「氫能」潮流的真相是怎麼一回事; 我希望大家可以把正確的知識傳遞出去,或至少不要再輕信那些錯誤的說法。

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  • Renhong Wu

    风能、太阳能类似的间歇型的能源,搭配电转气(Power-to-Gas)来稳定输出是非常合宜的搭配,德国、日本、加拿大和美国都有产业化试验工厂在进行中。煤炭气化(Gasification)产氢是清洁煤能源技术的重要步骤,配合二氧化碳封存技术,也能做到低碳无污染。日本专门从澳洲进口褐煤来制氢。

  • 余滴立

    一年後回來看這篇文章,感覺作者想法有點主觀,的確不是新能源,也不是再生能源,但是與其花大量金費去研究發展低效率的太陽能以及風力發電,亦或者其他的新能源,不如將原有的能源作有效的利用,頁岩氣的鑽鑿技術革新後,甲烷採量一直在過剩的情況,將其有效運用在產氫上,絕對比燃煤環保許多。耗能的部分,不知您是和什麼做比較的結果? “我希望大家可以把正確的知識傳遞出去,或至少不要再輕信那些錯誤的說法。"
    希望您也可以多方面去思考,不是單以自己主觀意識,的確,氫發電不是一個絕對乾淨的能源,但是和現行所有的能源比起來,它絕對是乾淨的,另外風力發電也是,可惜目前發電效率過低,太陽能就……。希望大家一起相互學習,創造更好的環境。