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氨裂解製氫的發展現況與挑戰

氫能為全球邁向淨零碳排的重要發展策略,因低碳氫源取得不易,跨國進口液氨作為「氫能載體」已成趨勢。氨分子具備易於加壓液化與輸儲鏈成熟之優勢,在終端需使用純氫時,必須透過氨裂解技術將氫氣重新釋放。氨裂解反應需在 500 至 950°C 高溫及鎳基或釕基觸媒條件下進行,產出之初步氫氣純度約為 95.5%,後續仍需搭配純化程序。整體系統能耗中,裂解反應占 60% 至 70%,純化則占 30% 至 40%。就能耗與成本而言,單純氨裂解轉換效率約為 70% 至 85%,但若計算「電-氫-氨-氫-電」的全週期能源轉換效率,則大幅降至 18% 至 30%。在不含氨原料成本下,單純氨裂解成本約為 1 美元/公斤(約新臺幣 32 元/公斤);若計入綠氨原料,總成本則高達 5.5 至 7.5 美元/公斤(約新臺幣 174 至 238 元/公斤)。

國際技術開發商目前正積極推動示範工程與商業化計畫。2023年丹麥 Topsoe 推出的 H2RETAKET™氨裂解技術,處理量達到3,400噸氨氣/日,氫氣產能最高達到470噸氫氣/日,並與韓國 Approtium 簽署合約在蔚山建置年產 7.5 萬噸氫氣的氨裂解系統。法國 Air Liquide 於比利時安特衛普港建置日處理 30 噸氨氣的工業級先導廠(日產氫 5 至 5.3 噸),該專案獲歐盟新創基金 1.1 億歐元(約新臺幣 39.7 億元)資助,預計擴建至年產 3 萬噸氫氣並於 2027 年底商轉。德國 thyssenkrupp Uhde 則於蓋爾森基興興建日產 5 噸氫氣的示範廠,未來規劃在威廉港建置總處理量達 7,200 噸氨氣的大型設施。美國 KBR 與韓國 Hanwha Impact 合作 Clean Hydrogen Power 專案,建置日產 217 噸氫氣的氨裂解爐配合熱電系統,合併發電容量達 120MW。日本三菱重工則發展 HyMACS® 系統,主打低溫、高耐久與非貴金屬觸媒的分散式設備,長崎研發中心試驗廠產出氫氣純度高達 99.97%,預計 2030 年推出首座商業化設備。

在氨氫樞紐鏈結方面,荷蘭鹿特丹港與德國威廉港正進行可行性與工程設計評估。韓國則以蔚山為核心,朝亞洲潔淨氨樞紐邁進,2026 年 3 月已完成全球首例由中國大陸內蒙古進口綠氨的商業跨境運輸。臺灣在《2050 淨零排放路徑》中,短中期政策以火力發電導入氨氫混燒為主,長期則規劃引進低碳氨,評估氨轉氫技術將於 2035 年後落地。目前國內台肥於台中港擁 4 萬噸液氨儲槽,目標 2028 年營運儲量擴至 8 萬噸,年營運量達 200 萬噸;中石化與東聯化學亦於高雄洲際二期建置液氨儲槽。現階段國內工業用氫年產量約 1.37 萬噸,以天然氣重組為主,主要供應電子業;中油、台塑與中鋼等鋼鐵廠製程之副產氫大多自用,未來經高純化後有潛力作為低碳氫源。

液氨裂解技術要達成全規模商業化,仍面臨許多工程技術與市場變因。在技術面上,必須開發高耐久且無須貴金屬的低成本觸媒、解決高溫高壓下反應器金屬結構的「氮脆」腐蝕問題,並藉由嚴密的熱整合降低整體營運能耗。在市場與政策面上,氨直接燃燒技術(如燃煤/燃氣混氨)的進步可能減少對裂解純氫的需求,而俄烏及美伊戰爭引發的全球能源危機,導致部分國家重啟燃煤或核能發電,進而拉長氫能投資的回報週期。投資者與決策者在布局氨裂解技術時,需密切評估區域性餘氫供應及國際綠氨供應鏈的穩定性。