日本將氫能視為下一個液化天然氣產業

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 20 日 8:59 | 分類 能源科技 , 財經 follow us in feedly


如何取代汽柴油交通工具的發展路線上,日本與歐美有相當大的歧異。歐美國家主張「萬物電動化」,也就是過去沒有接電是燒油的汽車要電動化,日本則是主張「打造氫能經濟」。日本與全球作對看似讓人難以理解,畢竟過去日本已經有太多想要打造獨家系統卻總是不敵全球的經驗,但是,日本獨押氫能,有其特殊的戰略思維。

日本的能源幾乎完全仰賴進口,這是日本心靈上最大的陰影,尤其 311 事件之後,由於暫停核電主要以燃氣發電替代,2015 年日本進口石化燃料占總能源消耗比例暴增至 94%,更讓日本對能源安全產生不理性的恐慌。

日本受限於地狹人稠,且位於溫帶,發展可再生能源受到地理上的限制;日本還有另一個先天不良的問題,1895 年時東京從德國購買發電機,大阪卻向美國奇異(GE)購買發電機,從此種下東西日本電力頻率不同,東日本頻率為 50 赫茲,西日本卻是 60 赫茲,導致日本電網還分成東西兩半,不易互相支援,彼此之間的傳輸容量限制為 1.2 吉瓦(gigawatt)。

日本如同過去的歐美電力公司,對可再生能源搭配能源儲存、智慧電網各種新調控技術與觀念不熟悉,迷信大電網才能容納「不穩定」的可再生能源,然而,別說連接中、俄、韓、日的亞洲超級電網計畫八字都還沒一撇,連日本自己都還分兩半,因此日本對採用可再生能源達成能源自主的想法興趣並不大,反而是把推動可再生能源當成補貼無國際競爭力的日本企業的辦法,結果產生許多高收購電價的專案,但佔供電比例仍低。

由於日本不以可再生能源來解決能源自給問題,思維就轉向分散進口品項。對日本來說,既然交通領域佔汽柴油消耗的重要角色,把汽柴油車輛很快改為氫能,看似一個可快速分散能源風險的辦法,從天然氣領域的過去,可發現這是日本的一貫思維。

日本目前是全球第三大煤進口國,僅次於中國與印度,且是最大液化天然氣(LNG)進口國,311 之後,日本因為停核而天然氣用量暴增,以一國需求就把亞洲天然氣價格拉到天價。事實上,日本在半世紀以前就曾經憑一國之力徹底改變了天然氣市場,當時日本面臨與現在中國、印度相同的問題,燃煤與燃油發電導致嚴重空氣汙染,因此決定徹底改變國家的電力領域,全力轉型到燃氣發電,也創造了龐大的需求與市場空間。

另一方面,日本由於無本土油源,導致雖然石油消耗比美國德州還少,卻是全世界第 4 大石油進口國。當年為了減少石油進口量,從電力領域下手,全力推動天然氣戰略,以燃氣發電來取代燃油發電,雖然看起來換湯不換藥,對日本來說卻是至少把風險從單押石油略為分散到石油與天然氣。相對的,如今用氫來取代汽柴油,乍看之下日本工業廢氫並不足,必須進口氫,仍然沒有解決能源仰賴進口問題,但從油氣略為分散到氫,也是同樣的日本思維。

面對減碳的要求,由於日本可再生能源發展不良,氫能也成為減少碳排放的救命稻草,若是進口氫氣是以石化燃料製造,就全球來說沒有太大減碳作用,但是對日本來說,碳排放算在氫出口國,自己使用氫燃料電池車取代汽柴油車,少了許多交通領域碳排放,能躲過碳稅,也能躲過國際減碳壓力,就是達到目標。

要推動氫能不能只小心翼翼

日本經濟產業省預估氫價格在 2030 年為每標準狀況立方公尺(Nm3,標準溫度壓力下 1 立方公尺體積的氣體,標準溫度壓力為 1 大氣壓,攝氏 0 度)30 日圓,相當於每公斤 330 日圓,而每公斤氫氣所含的化學能約相當於 1 加侖汽油,也就是使用每公斤 330 日圓的氫氣,就化學能來說,相當於油價約每加侖 3 美元。但氫燃料電池車的能量轉換效率高於內燃機,因此實際上換算的成本還要再更低,再考量未來的碳稅因素,因此可說成本上已有競爭力。

然而,要達到這樣樂觀的預期,日本必須開創夠大的氫能市場,讓各相關技術環節都能規模量產化,才能將氫價格壓低到預設區間。就自小客車來說,恐怕規模遠遠不足,因為日本經濟產業省計畫到 2020 年底日本有 4 萬輛氫燃料電池車,2025 年達總數 20 萬輛,2030 年達總數 80 萬輛,即使一切照計畫進行,比起 2017 年日本一年就賣出 20 萬輛油電混合車,實在是小巫見大巫。

因此日本顯然必須全面發展其他領域的氫能用途,才能衝高氫產業的規模,達成降低氫價的目標,其中一個嘗試就是將氫燃料電池應用在堆高機。亞馬遜於 2017年採用氫燃料電池堆高機廠 Plug Power 產品,用於其物流中心,豐田也將其「未來」氫燃料電池車的核心氫燃料電池用來打造雷蒙(Raymond)品牌的氫燃料電池堆高機。

氫燃料電池堆高機比起鉛酸電池堆高機有許多好處,首先是佔用的空間大幅縮小,一般物流中心的電池充電基礎設施大約佔用 5%~10% 空間,若改為氫燃料電池堆高機,可節省相對應空間,改用來存放更多商品;其次是鉛酸電池的電壓會逐漸下降,讓堆高機的速度變慢,造成生產力損失,每 8 小時效率大約下降 14%,改用氫燃料電池可避免這個問題;電池充電還需要額外的人員看管,但氫燃料電池裝置加氫可由駕駛自行處理,更進一步節省人事成本。

日本也看中氫燃料電池巴士為提升氫消費量規模的重要策略,因為巴士的氫用量遠高於自小客車,每輛巴士耗氫量大約為自小客車的 45 倍,日本計畫 2030 年有 1,200 輛氫能巴士。不過,這個數量遠少於歐洲與中國的規劃目標。由這些計畫可看出日本的自相矛盾,一方面希望擴大氫能產業規模,但因為保守謹慎,所有的嘗試都速度太慢、規模太小,根本無法快速推動氫能產業規模。

為了完成氫能的國家能源戰略,日本顯然必須動用電力領域,來擴增氫能的應用範圍,而這又回歸到日本的天然氣經驗。天然氣大多是開採石油的副產品,在過去,大多在油田現地燒掉,日本需求在內產生的市場誘因下,如今許多油田天然氣不再是現地燒掉,而是收集起來,製成液化天然氣輸出;氫氣現在也是許多種工業製程的副產品,也是大多在工廠直接燒掉。但若氫能經濟起飛,這些工業廢氫未來將收集起來,成為各種氫能應用的氫來源。

半世紀之前日本推動了全球的液化天然氣經濟,如今希望如法炮製到氫氣。日本將從汶萊進口氫氣,之後還可能從澳洲與挪威進口氫。除了氫燃料電池,電力方面,日本還打算輔以氫氣打造整合複循環燃煤發電(Integrated gasification combined cycle),讓燃煤發電也成為衝刺氫經濟規模的助力,只是整合複循環燃煤發電當前成本過高,毫無經濟競爭力;要用無經濟競爭力的項目來推動經濟規模,不啻緣木求魚。

日本雖然有天然氣的前例,但要推動氫能規模經濟,不能只敢小心翼翼,規劃 30 年橫跨多領域,看似很宏大,卻每個領域都小打小鬧,根本無法達成所需規模,需要真正下決心大破大立。就日本的戰略需求與過往習性來看,緊抱氫能可預測也可理解,但就看日本何時會敢「梭哈」全力押注這一局了。

(首圖來源:shutterstock)