綠色氫能生產的經濟與環保雙贏策略

韓國能源研究所（KIER）的研究團隊針對未來環保氫能生產的關鍵技術——水電解技術進行了經濟分析，並提出了提升效率與降低成本的最佳化操作策略。這項研究已發表於《能源轉換與管理》期刊。

綠色氫能被視為未來環保燃料的重要選項，主要透過鹼性水電解與質子交換膜（PEM）水電解兩種技術生產。其中，鹼性水電解技術因能實現低成本、大規模的氫氣生產，是目前最廣泛商業化的技術。然而，此技術需要穩定且高功率的電力供應，難以與間歇性發電的再生能源有效結合。

相較之下，PEM水電解技術即使在較小的電力供應下也能生產氫氣，使其能完全依賴再生能源運作。但此技術的初始安裝成本較高，且技術成熟度不如鹼性水電解，這使得單一技術難以建構完整的綠色氫能生產基礎設施。

為解決這些問題，研究團隊對鹼性水電解與PEM水電解的技術特性與經濟可行性進行了比較分析，最終提出了最佳化的操作策略。特別值得一提的是，他們建議利用現有電網作為補充電力來源，以提供鹼性水電解系統所需的穩定電力供應，這是最具成本效益的作法。

若鹼性水電解系統無法獲得穩定的電力供應，反覆的啟動與關閉將導致系統效能下降，縮短使用壽命並降低效率。因此，必須透過能源儲存系統（ESS）等輔助來源持續供電，以克服此問題。

根據研究團隊的分析，當使用再生能源結合ESS作為備用電源時，氫氣生產成本估計為每公斤8.60美元。然而，若從現有化石燃料電網中獲取補充電力，成本則可降至每公斤6.60美元左右。雖然目前連結現有電網是較為經濟的選擇，但此作法並未解決環境問題。長期來看，降低ESS成本並提高生質能與核能等無碳能源的比例，將是實現氫能生產經濟與環保雙贏的關鍵。

針對PEM水電解技術，研究團隊提出，應用電力超載操作可提升經濟效益。這是因為PEM系統能夠進行超載運作，允許供應超過所需電力的額外電力以增加氫氣產量。分析顯示，若提升再生能源輸出並供應1.5倍所需電力，氫氣生產成本可降至每公斤5.80美元。

基於這些發現，研究團隊總結指出，在再生能源佔比高且電力供應穩定的環境下，PEM水電解是最適合的選擇。在其他情況下，結合鹼性水電解與無碳電網則是最理想的作法。

此外，研究團隊還針對韓國的能源環境，提出了量身訂作的水電解氫能生產組合。根據濟州島氣象資料的分析，未來若結合100百萬瓦（MW）的水電解系統、100 MW的海上風力發電與100 MW的太陽能發電，將能實現每公斤約4美元的穩定氫氣供應。

主導此研究的KIER博士樸正浩表示：「這項研究的重要性在於，它清楚分析了鹼性與PEM水電解的技術差異，並針對不同能源環境提出了最佳化的設計與操作策略。我們期待這些發現能為未來使用再生能源建構氫能生產系統的技術選擇與投資決策提供寶貴的參考。」