南韓研究人員為何押注氨，解鎖潔淨氫能
南韓科學家展示了一種不燃燒化石燃料製氫的方法：在高溫下將氨分解為氫氣和氮氣。韓國能源研究院（KIER）的工程師表示，他們研發的反應器可在攝氏約600度（華氏1,112度）附近運作，產出的氫氣純度達99.97%。這種氫氣適用於為車輛或建築物供電的燃料電池。該計畫旨在降低氫氣供應鏈的二氧化碳排放，同時採用可擴大規模的材料與製程。
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氫氣已用於火車、試飛中的飛機、汽車、巴士和船舶。然而，目前多數氫氣是透過蒸汽甲烷重組，以天然氣製造，過程會排放二氧化碳。潔淨製氫方式日益增加，包括以風能和太陽能供電的水電解。運輸氫氣則是另一項挑戰。氫氣密度極低，長途運輸前必須加壓，或在極低溫下液化。作為常見肥料原料的氨，提供了另一種解方。氨在一般條件下即可液化，並以分子鍵結方式攜帶氫。若能在目的地將氨裂解為潔淨氫氣和氮氣，就能成為連結再生能源充沛地區與需求量大地區的實用橋梁。
KIER反應器內部：將氨轉化為燃料級氫氣
氨裂解的化學原理相當直接。氨分子（NH3）在催化劑存在下加熱，便會分解為氫氣和氮氣。平衡反應式中，兩個氨分子會生成一個氮分子和三個氫分子。釕是一種與鉑同屬貴金屬的元素，常被選作催化劑，因為它在攝氏約600度時表現良好。KIER的裝置採用這種催化反應路徑，接著進一步純化氣流，取得燃料電池級氫氣。
氫氣離開裂解器時，會混有氮氣和微量未反應的氨。壓力變換吸附是煉油廠常用的純化程序，可將這些氣體分離。多孔材料床在加壓時捕捉雜質，降壓後則釋出高純度氫氣。多個材料床輪流進行吸附與再生，以維持穩定產出。KIER表示，反應器設於方形金屬框架內，配有管線、軟管、儀表和氣瓶；其控制系統會回收部分製程氣體，以維持高溫，無須燃燒碳氫燃料。這種做法可避免在轉化現場直接排放二氧化碳。
氨為何是高效的氫載體
氫氣不易儲存和運輸。液態氫必須使用約攝氏零下253度的低溫儲槽。蒸發損失需要管理，運輸也須投入大量資本。氨在攝氏零下33度左右或適度加壓下即可液化。化學工業早已透過大型船舶在全球運輸氨。對能源產業而言，這代表生產商可以在再生能源成本低廉的地區合成氨，再以船運送，並在終端用戶附近裂解。
南韓的工業試驗正讓這種模式逐漸獲得認可。Syzygy Plasmonics與樂天化學在蔚山測試了全電動氨裂解系統。該設備的能源效率達81%、轉化率達99%，每日產氫約290公斤。據報導，其能耗約為每公斤氫氣11千瓦時，設計目標則是降至每公斤8千瓦時。合作夥伴計畫開發小型商業化工廠，以供應當地需求。這類成果顯示，氨可作為進口能源的途徑，供應韓國、日本及其他能源需求龐大的地區。
從實驗室走向道路與船舶：這項技術如何改變運輸
燃料電池車需要極為純淨的氫氣，因為質子交換膜電池堆中的催化劑對雜質十分敏感。KIER表示，氫氣純度達99.97%，符合這項需求。一種可能的部署方式，是設立區域樞紐接收氨、就地裂解，再將純化氫氣配送至加氫站。造船廠、港口和物流園區是早期系統的理想設置地點，因為這些場所已具備處理危險物質和大量能源流的經驗。
直接以氨為燃料的引擎
南韓工程師也在探索直接使用氨作為燃料。由韓國機械研究院（KIMM）與現代汽車、起亞共同領軍的聯盟，發表了一款高壓引擎，可將純氨直接噴入燃燒室。團隊透過同步多階段燃料噴射、可變汽門正時和強化點火系統，提升運作穩定性與動力。專有的後處理套件可減少氮氧化物和未燃燒氨，以改善空氣品質。這項設計不需要氣態氨重組器，簡化了部分應用。該引擎定位用於船舶推進、離網供電和重型車輛，部署計畫仍在評估中，預定於2027年推進。
打造供應鏈：船舶、儲槽與工廠
大規模氫氣貿易有賴專用船舶與儲存設施。HD韓國造船海洋工程公司已取得美國船級社（ABS）原則性認可，將採用真空隔熱的氫氣載運槽，以維持接近攝氏零下253度的低溫。該公司與合作夥伴正研究一艘容量為8萬立方公尺的液態氫運輸船。液態氫儲槽的進展，也與現有氨運輸船隊相輔相成，後者可同步支援能源運輸。
陸上製造產能也在擴大。現代汽車已在蔚山動工興建新廠，生產新一代氫燃料電池和質子交換膜電解槽。這項計畫投資金額超過6億4,400萬美元。工廠預計於2027年完工，每年產量約為3萬組燃料電池。計畫目標是提升效能、降低成本，並將氫氣生產的關鍵技術留在南韓。
業界領袖怎麼說
HD KSOE主管認為，儲槽取得里程碑是能源運輸整體去碳化行動的一環。
我們將持續與全球領先企業合作，推動能源轉型並達成淨零目標。
新型儲槽、引擎和燃料電池製造能力相互配合，顯示各界正協力將試辦計畫轉化為完整供應鏈。
南韓的潔淨製氫方式日益多元
南韓實驗室正推進多種潔淨製氫途徑。韓國機械研究院開發出一套20千瓦固態氧化物電解系統，可連續運作超過3,000小時並有效產氫。固態氧化物電解在高溫下進行，因此可利用工業製程的熱能，降低耗電量。這種方式適合與鋼鐵廠和化工廠結合。
其他團隊也在探索互補的化學製程。KIER科學家表示，他們研發出一種可將二氧化碳轉化為一氧化碳的催化劑，而一氧化碳是合成燃料的重要原料。學術團隊也展示了利用電化學電池在室溫下製造綠氨的方法。包括日本和南韓在內的國家已表示有意進口與風能、太陽能計畫連結的綠氨，因為氨比氫氣更容易儲存和運輸。
氨必須潔淨，才能帶來氣候效益
不過有一項重要前提：以化石燃料製氫所生產的氨，碳足跡很高。在目的地裂解這類氨，並不會消除上游排放。分析人士也提醒，若計入整體能源和物流成本，在燃煤或燃氣電廠混燒氨或氫氣，帶來的氣候效益有限。氫能最具潛力的早期應用，是難以電氣化的產業，例如鋼鐵、化工、遠洋運輸和季節性儲能。南韓規劃單位在設定目標和標準時，正權衡這些取捨。
風險、效率與後續觀察重點
能源消耗是重要指標。蔚山氨裂解試驗的能耗約為每公斤氫氣11千瓦時，設計目標則是降至每公斤8千瓦時。較低的數值有助於降低成本。作為參考，氫氣的低位發熱量約為每公斤33千瓦時。改良催化劑、整合熱能和採用電加熱，都能降低裂解所需的能源成本。
安全與排放需要謹慎設計。氨具有毒性且氣味刺鼻，因此操作人員需要監測設備、通風系統和緊急應變計畫。氨用於引擎時，必須透過後處理控制氮氧化物。業者也會關注催化劑和膜的耐用性，以及壓縮機與泵浦的維護週期。企業正設計完全以電力驅動的裂解系統，讓系統更容易使用風能和太陽能供電。KIER也在研究用於建築物的氫燃料電池，顯示運輸與固定式供電可能同步發展。
重點整理
- KIER展示了在攝氏約600度下裂解氨的技術，產出純度達99.97%的氫氣，且在轉化現場無須燃燒化石燃料。
- 該製程使用釕催化劑和壓力變換吸附，純化供燃料電池使用的氫氣。
- Syzygy與樂天在蔚山測試了全電動裂解設備，能源效率達81%、轉化率達99%，每日產量約290公斤；能耗約為每公斤氫氣11千瓦時，設計目標為8千瓦時。
- 氨在適度條件下即可液化，且全球運輸基礎設施成熟，因此是實用的氫載體。
- KIMM、現代汽車與起亞發表了一款使用純氨的高壓引擎，並採用後處理技術降低排放，目標於2027年前用於船舶、離網供電和重型用途。
- HD KSOE取得大型液態氫儲槽的原則性認可，並正研究8萬立方公尺運輸船的設計構想。
- 現代汽車正於蔚山興建一座價值6億4,400萬美元的工廠，生產燃料電池和質子交換膜電解槽，目標在2027年前達到每年生產3萬組燃料電池。
- 南韓也正推進用於綠氫生產的固態氧化物電解技術，以及可將二氧化碳轉化為潔淨燃料原料的催化劑。
- 分析人士提醒，將氫氣或氨混燒於化石燃料電廠，若計入供應鏈耗能，氣候效益有限，因此優先用途包括鋼鐵、化工、航運和季節性儲能。
- 後續觀察重點包括每公斤氫氣的裂解能耗、氮氧化物控制、氨的處理安全措施、綠氨來源及大規模示範計畫。
