車輛中心 研究發展處／林博煦、 產業發展處／莊閔任

本文最初發表於2023車輛研測專刊。

因應石化能源使用所排放的二氧化碳所造成的溫室效應所帶來的環境衝擊和生活影響日益增加，於2015年舉辦的聯合國氣候變遷大會中簽訂了「巴黎協議」，由全球政府、產業到民間機構均開始進行管制或是降低碳排放量的各項技術及管理機制的發展，直到2022年所舉辦的COP27會議中仍持續熱烈討論。對於可達到零碳排放的能源種類，國際能源署（International Energy Agency, IEA）指出氫氣為終極解方，為各國達成淨零碳排或碳中和願景之重要選項，其於「氫能未來」報告也指出氫氣可以廣泛應用在許多領域以取代現在的燃料／材料，例如運輸、鋼鐵製造或電力生產。尤其運輸部門一直為世界各國主要碳排放量來源，因此零碳排的氫能燃料電池系統即成為未來潔淨載具能源的重要選項。隨著各國政府或企業陸續宣告對淨零碳排的目標時程與承諾，國際能源署提出運輸載具的減碳推動目標，包含2030年全球60%新售車輛為電動車、2050年全球汽車都使用電力或燃料電池動力，明確地將氫燃料車輛劃為降低運輸載具碳排的重要策略之一。

圖1. 全球燃料電池乘用車銷售量（2021）

資訊來源：Marklines，車輛中心整理

圖1為至2021年為止的全球燃料電池載具銷售數量約41,193輛，其中以韓國、美國和日本銷售量位居前3名。在圖2中亦可見到各國對於未來燃料電池載具發展目標（燃料電池汽車FCV及燃料電池巴士FCB）的選擇有所不同，也因此在燃料電池載具推廣重點也大相逕庭，例如美國著重於FCV推廣應用，日本與韓國則是FCV和FCB兩種載具並行，而中國大陸則是以FCB為主要推動標的。而目前各國對於推動氫能載具的政策內容多以提升燃料電池、氫供應鏈、產氫等技術，以及推動在運輸領域的相關應用，常見推動作法包含制定標準／法規、應用補助、稅額減免等方式。

圖2. 各國對於燃料電池載具推廣目標

資料來源：IEA 2019、IPHE、RD&D Statistics、中國氫能聯盟，車輛中心整理

表1. 全球氫能車輛銷售狀況（截至2021年為止）

資料來源：各國政府公開資訊、IEA AFC-TCP、H2stations、MarkLines、EAFI，車輛中心整理

壹、國際氫能巴士發展

目前國際上已有許多車廠投入對於燃料電池車輛載具發展，由Deloitte和Ballard共同公布的調查資訊中，燃料電池堆高機、乘用車和巴士等應用標的，在長期的發展之下已經達到可商轉的狀況，但在商用車應用領域則由於動力／電力系統需求、載重量等因素需要持續進行試行測試和規格調配，因此仍處在示範運行之中。

圖3. 燃料電池車、電池電動車及內燃機於各類型車輛應用狀況

資料來源：Deloitte & Ballard，2020

目前在國際上已經有許多氫能巴士運行的示範案件，由各車廠尋找燃料電池系統廠商合作進行車輛的打造和運行，圖4中提供數款目前可見到的氫能巴士車款，雖然廠牌不一，但是燃料電池系統供應商集中於Toyota、Hyundai和Ballard，提供60～150kW的燃料電池模組以驅動電動巴士。中國大陸於近年來也將新能源車輛推動標的轉向到氫能電動車，龐大的商機也吸引並促成了Ballard至中國大陸設廠並透過技術移轉或授權，在中國大陸境內進行燃料電池系統生產，同樣也是被廣泛應用到電動巴士和貨車之上，圖5中即為數款採用燃料電池之電動巴士資訊。

圖4. 全球現行燃料電池電動巴士車款

資料來源：各車廠官網、網路新聞，車輛中心整理

圖5. 中國大陸現行燃料電池電動巴士車款

資料來源：各車廠官網、網路新聞，車輛中心整理

貳、我國氫能政策與產業狀況

於2022年3月由國家發展委員會公布的2050淨零路徑規劃中（如圖6），再度明確定義於2040年電動車市占比須達100%的目標，其中氫能車輛也被列入為推進目標之一，但是如同電動車輛需要充電站一般，氫能車推動也需大量基礎建設（如加氫站等），且在安全規範上十分嚴格，另外在氫氣供應或產製部分也需要通盤討論，因此能源局將我國氫能應用發展策略初步分為氫氣應用、氫氣供給以及基礎設施三大方向，在未來針對能源發展策略與產業發展也將透過多個部會進行合作規劃。

圖6. 我國2050淨零路徑規劃里程碑

資料來源：國發會臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明簡報、工研院，車輛中心整理

我國燃料電池優勢在於已有產業雛型且在2016年納入再生能源項目，相關零組件產業鏈已非常完整，如圖7所示，目前多數燃料電池系統廠商產品以定置型電力類型為主，但對於載具應用部分僅有少數廠商如錫力、亞太等於船舶和機車等載具發展，乘用車和巴士平台則尚無有廠商投入發展，整體而言技術能量上落後於歐、美、日、韓、中等國，但面對淨零碳排的國際趨勢，氫能載具的發展仍然值得重視。

圖7. 我國燃料電池系統產業鏈

資料來源：臺灣燃料電池夥伴同盟，車輛中心整理

參、ARTC投入氫能發展現況

車輛中心（ARTC）於2022年參與「先進陸空載具關鍵系統技術開發計畫」，進行燃料電池應用於冷鏈物流車輛上的技術評估，主要針對現行冷鏈物流車必須隨時啟動引擎以帶動冷鏈系統提供貨箱充足冷房效果，但是在卸貨時引擎須持續運轉而常造成嚴重之空汙及噪音問題，因此變更以馬達驅動冷凍機組的方式可協助改善前述問題。然而因為車輛空間有限，使得電池可攜帶量較少，限制可運作時間，而無法在完整配送過程持續製冷，因此具備長時間發電、燃料補充快速的燃料電池系統即成為最佳電力來源。

ARTC於該計畫中進行燃料電池系統與冷凍物流車輛的冷凍系統之配置及電力系統整合，選用現行3.5噸物流車輛並改裝電動式壓縮機以透過電力驅動製冷，如圖8所示。圖9中為所選用鐙鋒綠能公司額定3.5kW燃料電池系統產品（詳細規格如表2所示），該系統以甲醇水為燃料，可在常溫常壓狀態下儲存、攜帶並且可快速補充，符合物流車輛排班運用需求，燃料電池模組於車輛整合安裝狀況如圖10所示。

圖8. 系統整合用冷凍物流車輛

表2. 燃料電池系統規格

圖9. 燃料電池系統

圖10. 燃料電池於物流車整合狀況

針對燃料電池系統運轉的表現透過測試進行分析，該系統以1.5kW供電給冷凍機組運作，燃料電池系統於燃料使用效率約為1.121L/kWh （1.1 kg/kWh）的狀況下，連續供電1小時候約耗費1.74公斤燃料。因此，換算僅攜帶10公斤燃料即可滿足物流車輛單趟5小時以上的配送電力供應需求。由於10公斤液態燃料所需容器相當簡便，且所搭配啟動用二次電池僅需2kWh的電量，因此整體重量相較於市面上7.5kWh的鋰電池組約降低30公斤左右，間接減輕車輛載重、提高燃料使用效率，有效協助物流業者改善運行成本。

肆、結論

Bloomberg研究指出，在樂觀情境（Strong policy）下，至2030年氫燃料電池車保有量將上升至130萬輛，輕型載具（Light duty vehicles）約占9成；而在保守情境（Weak policy）下，保有量約8.5萬輛，輕型載具約占8成。另外，由研究預測可得知，政府推動政策力道與氫燃料電池車發展有高度影響，尤其對於輕型載具（Light duty vehicles）、中大型載具（Medium／heavy duty vehicles）、公車（Bus）等3類均是受益車種。而作為氫能車輛燃料的氫氣產製供應，也是推動氫能車輛發展的重要因素之一，世界氫能協會預測隨著氫燃料電池的應用逐年成長，2050年氫能將佔全球生產能源18%，未來也將以更潔淨的方式產氫。

經濟部技術處因應氫能應用技術發展趨勢，召集轄下各技術法人，於2023年開始針對未來氫能載具用之大功率燃料電池系統及對應之三電系統進行發展，ARTC於其中負責進行燃料電池系統應用平台的結構強度、氫氣安全監控管理以及冷鏈物流系統的應用技術發展。同時，ARTC亦將持續研究氫能車輛的性能測試方法與能量建立，為未來潔淨車輛發展盡一份心力。