臺灣機械產業面對淨零排放趨勢的新成長機會

摘要：加速推動淨零碳排，舒緩地球暖化，已成為許多國家正在推動的長期發展政策。國發會在2022年3月發布臺灣2050淨零排放路徑及策略，作為各界達成淨零排放規劃指引。為實現淨零排放策略，需要結合各類成熟技術應用，並持續發展新興技術、產品、服務。這將會為國內諸多產業帶來新的成長機會。本文針對達成淨零排放路徑，提出機械產業可評估投入的新興技術、產品，國內外研發案例，以及未來市場趨勢，包括與氫能應用相關的水電解產氫設備，壓縮空氣儲能系統、飛輪儲能系統，以及智慧製造應用。

Abstract：Accelerating the promotion of net-zero carbon emissions and alleviating global warming has become a long-term development policy that many countries are promoting. In March 2022, the National Development Council released “Taiwan's pathway to net-zero emissions in 2050”, which provided as a guideline for all sectors to achieve net-zero emissions planning. In order to achieve the net-zero emission strategy, it is necessary to combine the application of various mature technologies, and continue to develop emerging technologies, products and services. This will bring new growth opportunities for many domestic industries. In order to achieve the net-zero emission paths, this article proposes emerging technologies, products, domestic and foreign R&D cases that can be evaluated and invested by the machinery industry. This article also introduces the future market trends including water electrolysis and hydrogen production equipment related to hydrogen energy applications, compressed air energy storage systems, flywheel energy storage systems, and smart manufacturing applications.

關鍵詞：淨零排放、氫能、儲能、智慧製造
Keywords：Net zero emissions, Hydrogen energy, Energy storage, Smart manufacturing

前言
在2050年前達到淨零碳排，藉此舒緩地球暖化，已成為許多國家正在推動的長期發展政策。國際能源署(IEA)及包括美國、日本、臺灣在內的許多國家，已提出2050淨零碳排路徑與策略規劃[1]。這些路徑規劃主要涉及能源、製造、運輸、建築等諸多產業，因此會對未來30年產業發展環境與市場需求帶來新變化。

國發會在2022年3月發布臺灣2050淨零排放路徑及策略，作為各界達成淨零排放規劃指引[2]。其中針對能源轉型，及製造、運輸部門提出以下達成淨零排放重要路徑：

1.能源轉型路徑

• 持續擴大再生能源使用。2050 年太陽光電裝置量達40~80 GW；離岸風電裝置量達40~55 GW。
• 導入氫能發電與產業應用。

2.製造部門

• 製程改善。短期以設備汰舊更新及導入智慧節能管理為主，長期則朝氫氣技術開發應用及含氟氣體削減等創新技術發展。
• 能源轉換。短期以擴大使用天然氣及生質燃料為主，長期則朝百分百使用綠電及無碳能源應用等。
• 循環經濟。短期以原料替代、使用固體再生燃料(SRF)及能資源整合為主，長期則朝二氧化碳捕捉再利用(CCS)等突破性創新技術開發應用。

3.運輸部門

• 運具電動化。2040年，電動車、電動機車市售比達100%。
  為執行以上淨零排放策略，需要結合各類成熟技術應用，並持續發展新興技術、產品、服務。因此也會為國內諸多產業帶來新的成長機會。

對機械產業來說，針對上述能源、製造、運輸部門淨零排放，可衍生出以下新商機：
1.再生能源
包括太陽光電裝置生產設備；風力發電機零組件(例如軸承)與製造設備(例如大型工具機、彎板機)；機械儲能設備；儲能電池製造設備。

2.氫能應用
包括各類產氫、儲氫、用氫裝置，以及相關生產設備。例如水電解產氫設備，金屬或複合材料高壓縮氫瓶，氫氣壓縮機，各類燃料電池，氫氣燃燒裝置等。

3.運具電動化
包括各類電動車、電動機車專用零組件，例如馬達、精密減速齒輪組、動力電池模組；以及各種專用生產設備，例如馬達生產設備、精密齒輪加工機、大型輕金屬車體鑄造設備、複合材料零組件生產與加工設備。

目前國內機械業者，在太陽光電裝置生產設備、風力發電機零組件製造用工具機，以及電動車零組件相關生產設備方面，已持續投入，並有顯著研發成果。以下將針對機械業在氫能應用領域及機械儲能領域發展機會進行說明。

氫能領域發展機會-水電解產氫設備
產氫是氫能生態系的起點；綠色、無碳排放氫氣生產，是協助實現淨零排放的重要途徑。因此結合太陽光電、風力發電裝置，使用剩餘電力透過水電解裝置製造氫氣，可以達成生產氫與儲能雙重效益，有助於提高電網運作效能，或是建構獨立性再生能源供電系統。

例如國內美菲德公司，2016年在苗栗後龍進行「微光方舟」實驗計畫，整合再生能源及氫能，建立自給自足電力供應系統。此計畫利用10 kW太陽能板與6 kW風機，每天共可發出50~55度電，供貨櫃屋使用。貨櫃屋內電器設備每天耗電量約10~15度。多餘的電力以水電解產氫加以儲存。當再生能源電力不足時，改由氫燃料電池發電，提供穩定的供電系統，滿足約5天的備源能量[3]。
在工業領域，許多化學產品生產，會使用氫氣，包含生產氨、煉油、生產甲醇。通過鐵礦還原和玻璃工業，以及電子、半導體、光電產品製程也需要使用氫氣[4]。對於這些製造業，如果能使用低碳排放或無碳排放氫氣，將有助於實現淨零排放。

例如國內亞東工業氣體公司，在臺南科技工業區建置裝置容量25 MW低碳氫水電解廠，可為半導體產業提供超高純度氫氣(99.9995%)；未來還可支援其他氫能應用發展。亞東工業氣體公司是由法國液空集團(Air Liquide)與臺灣遠東集團合作，在1987年成立。液空集團2020年4月宣佈，將在臺南科技工業區和新竹科學園區興建水電解設備，總體產能每小時可生產5,000立方米超高純度氫氣[5]。

目前主要水電解產氫技術包括：鹼性電解產氫(AEL)，質子交換膜電解產氫(PEMEC)，固態氧化物電解產氫(Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC)。這三種技術各有優缺點。AEL技術成熟高、裝置成本低，但無法配合再生能源間歇性低負載。PEMEC較能適應可再生能源發電波動性，但因為質子交換膜之陰、陽極催化劑需採用貴金屬，使裝置成本偏高。SOEC不需要使用貴金屬催化劑，且能量轉化效率較高，但存在操作溫度高、啟動不便及熱循環壽命低等缺點[6]。

因此未來仍要針對裝置成本、能源效率、與再生能源系統(特別是風力風電)配合度、使用壽命等需求，持續投入研發。例如工研院研發之鹼性膜電解產氫(Anion Exchange Membrane Electrolysis, AEMEL)技術，自主研發鹼性膜材及較便宜的鎳系觸媒，取代一般氟系質子交換膜及昂貴的鉑銥觸媒；產氫效率可達80%，產氫設備成本可降低達30% [7]。