去碳燃氫發電技術

2023/12/29

催生第一度零碳電力 能源轉型加速前進

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解方緣起
包含台灣在內,全球已有130多國宣示2050年達到「淨零排放」目標,但是台灣目前仍有50%碳排來自於發電,因此能否發展出比現今排碳電(0.495公斤CO2e/度),對環境更友善的低碳電(歐盟暫認為0.270公斤CO2e/度)或零碳電,中央研究院團隊認為將是減碳淨零能否成功的重要關鍵。

核心亮點
凡是化石能源發電皆會排碳,無論是天然氣燃燒發的「灰」電,或是天然氣重組製出「灰」氫(gray hydrogen)再發電,都需仰賴碳捕捉和封存技術(CCS)實現減碳目標,於是目前使用的大量、穩定基載電力,迫切需要研發創新的低碳或零碳發電技術。

中央研究院投入研發的「去碳燃氫發電」解方,便是將「天然氣發電轉型進程」與「創新氫能發電技術」兩者結合為一,而「創新氫能發電技術」是導入甲烷裂解技術做到去碳燃氫,並且取出零碳(青綠)氫與固態碳再利用。

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像是氫可再進行燃氫發電,包括在應用初期階段,可採混氫燃燒發電模式,替代一定比例的天然氣,直接作為減碳方案,再待2030年後,全氫渦輪發電技術進一步成熟,即可長期轉為全氫燃燒發電;至於副產物固態碳黑(類石墨)一樣可加值再利用,成為工業原料或建材,或作為備用能源,可謂一舉數得。

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同時依據目前取得的研究數據,預期「去碳燃氫發電」具備幾大優勢,分別為產出淨能量為投入能量6倍,當裂解率達25%即可符合歐盟暫行的低碳能源標準;投入能量為電解水製氫發電耗能1/7;產出無碳電量為投入電量3倍;成本低於傳統天然氣發電加上碳捕捉、封存技術的費用支出;以及無需增設氫氣運儲設施,或大幅更動天然氣發電廠配置,可配合燃氣發電機發展分階段提升裂解比例,後續發展令人期待。

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未來訴求
中央研究院已經在實驗室,建置涵蓋催化系統、電漿系統、固態碳收集系統的去碳燃氫機組,並串接12.5KW天然氣發電機組混氫10%進行發電實驗,也已經跟台灣電力公司合作,將去碳燃氫機組串接65KW天然氣發電機組,進行混氫10%發電實驗,接下來訴求精進技術、放大規模、提升穩定度、提升裂解效率以及長時間操作等五大訴求,希望逐步走出實驗場域,擴大應用到商用發電機組,以及通過低碳氫、零碳氫等國際認證標準。