準備迎接「氫氣經濟」的來臨                                  鄭天佐

動力是經濟發展要件，瓦特發明蒸氣機激發了人類史上最大最快的經濟轉型─產業革命。再經過兩百多年的進展，現在交通工具主要使用內燃引擎，其他機械的運轉和家用能源則非電力莫屬。不管是引擎或電力，最重要的能源是碳水化合物燃料，亦即燃油、燃煤或天然氣。燃燒這些能源都會排放大量的二氧化碳和其他污染氣體，造成地球的暖化與空氣的污染，是人類永續發展最大的殺手。

由於碳水化合物經濟體系已經永久傷害到我們賴以生存的地球，而且石化原料很快會用盡，加以最近燃料電池研發的進步，美國總統布希在今年1月底宣布推動「Hydrogen Fuel initiative 氫氣燃料率先計畫」，期待在二十年內把全國交通工具能源從石化燃料逐漸轉換為乾淨的氫氣。他在4月又宣布「FreedomCAR initiative 解放汽車率先計畫」，鉅額投資兩項計畫以加強燃料電池的研發和國內普遍使用氫能時所需周邊設備的建置。美國和歐盟也於6月底發表共同推動「氫氣經濟」的聲明，目的在於制訂規章、標準和法律，及在技術研發上合作，以促成氫氣經濟的早日來臨。

氫原子是自然界裡最小最輕最簡單的原子，宇宙中約百分之九十的原子是氫氣原子，地球上它以水和碳水化合物的形式存在。以往氫氣除了用在學理的探討和化學合成外，並沒有引起民眾的普遍注意，它對經濟的影響也少人知。不過情況即將改變，很多科學家相信二十一世紀的經濟將由「碳經濟或石化經濟」轉型為「氫氣經濟」。

氫氣能源的好處是只要成功的找到從水提出氫氣的方法，它便用之不竭，且燃燒時只會排放水氣，不會污染空氣或傷害大氣而造成地球暖化現象。可惜地球上並沒有儲存大量現成的氫氣，它必須用其他能源來製造，也就是說氫氣能源的使用必須有生產其他再生能源的配套。最為理想與直接的氫氣製造法是利用陽光和觸媒劑來光分解水成為氫和氧，也就是說氫氣其實是能源的carrier帶媒。另一種可行的方法是利用太陽電池或風能發電來電解水成為氫和氧，可惜大量生產太陽電池也會污染環境。

氫氣和氧氣可直接當作內燃引擎的燃料，也可透過燃料電池來發電。燃料電池的構造和一般電池類似，有用觸媒劑製成的陰陽兩電極，氫氣和帶氫化合物如天然氣、甲醇或普通汽油都可用作燃料。燃料從陽極注入，空中的氧氣從陰極注入，經過兩極之間的多分子電解劑和過濾膜的電化學作用，兩極之間就會產生電流。如果利用碳水化合物，則此電池仍然會排出二氧化碳，但因為電流來自電化學作用，並沒有真正的燃燒，所以比使用一般引擎還是乾淨許多。

燃料電池不只可用在交通和生產工具上，也可直接供應家庭和大型建築用電。但要普及氫氣的使用，我們必須先開發安全的儲藏和搬運技術，還必須普遍建置氫氣經濟所需周邊設備。儲存與搬運可用高壓氣瓶或液態氫瓶，也可把氫氣儲存於奈米碳管或奈米顆粒化合物中，奈米科技在這裡派上用場，惟至今仍未開發出成熟技術。液態氫因為輕而體積大搬運不便，而且很多人擔心它的危險性。不過最新研究顯示氫氣洩漏空中時，因比空氣輕會很快向上擴散而稀釋，不會爆炸。一般人誤以為「Hindenburg 辛登堡」太空船失事是因為氫氣爆炸所致而對氫氣心存恐懼，真正原因是靜電放電的火花點燃了太空船的布料外皮所引起。有一點值得擔心的是最近美國加州理工學院科學家認為在製造、儲存、搬運和使用氫氣時，很難避免的約百分之二十的漏失將造成臭氧層的破壞。總之氫氣經濟看來近在咫尺，但正如美國政府的預估，仍須二十年的積極研發評估與周邊設備的建置才有可能把現有的多污染石化經濟轉型為乾淨的氫氣經濟，而且除了需要大量投資開發外，政府和企業也得有決心才有成功的指望。

台灣在這方面也有不少研究，但遠不如先進國家積極。很多人會質問我們一下子要追趕生物科技，一下子要推動奈米科技，現在又要談氫氣經濟，台灣何必一天到晚跟著先進國家後面跑，到後來還不是一事無成。而且燃料電池在汽車上的使用，世界各大汽車廠早已大量投資研發，技術也快成熟，很多工廠已經推出燃料電池試用汽車，甚至於波音都將開始測試燃料電池飛機，台灣何必又怎能與之競爭。本來世界競爭就是這麼的激烈，只要慢一步就事倍功半，在世界主流科技研發上，台灣一直是後知後覺者。至於台灣應該推動哪種科技才具優勢，這問題應該參考國外權威的意見後，由國內學者專家和政策制訂者共同討論議決。（鄭天佐是中研院研究員，也是碧水學社社員） （修改版，原文登刊於自由廣場 7/14/03）