九、核能是承先啟後的關鍵性能源

       由於石油即將枯竭，世界各先進國家均積極規劃以氫能源替代石油，這是以氫燃料電池為核心的新一代產業革命如圖7所示，氫燃料電池技術不但可以驅動汽車，船隻和飛機，還可以為手機，電腦，工廠及家庭提供穩定高效無污染電源，實際上氫經濟比石油經濟的影響還要廣大和深遠，利用廉價的核能製造氫氣是未來可能的方向，核能可以迎接氫能時代的到來故核能是承先啟後的關鍵性能源。核能製氫甚具吸引力，因為此種解决問題的方法是對技術依賴性較高，而不是依賴天然的能源資源，因此可以提高國家能源的安全保障。

氫燃料電池是什麼？

1970 年四月十日美國阿波羅13 號太空船登月途中發生意外，使曾經出過十數次任務的氫氧燃料電池開始為人們所注意。這種太空任務中使用的發電裝置，是一種能源直接轉換裝置，將化石燃料中的碳氫化合物化學能，經由觸媒及電催化的反應機制，直接轉換成電能。它是未來最優越的發電技術之一，不僅發電效率高，對環境的污染亦相當輕微。燃料電池是用汽油、酒精、天然氣、氫氣、沼氣等燃料轉換成電流。可以替代汽車的內燃機，取代筆記型電腦的電池、手機電池、計算機、汽機車、游艇等設備之發電用。充電時，只要清空充滿副產品水的容器，然後再裝進燃料(酒精等燃料)即可。燃料電池，簡單的說，就是一個發電機。燃料電池是火力、水力、核能外第四種發電方法。

今日汽車製造業才開始應用到燃料電池。燃料電池汽車是利用氫和氧進行化學反應產生電，然後再以電能進行驅動車輛。燃料電池在德國，被用作潛水艇的動力，日本FCX-V3 燃料電池汽車的燃料氫是填充在250 個大氣壓下的高壓蓄氫槽裡。2002 年12 月日本豐田公司與本田公司已出產世界第一批燃料電池汽車。加拿大Mark-900 燃料電池，是使用甲醇或氫為燃料，可在零下40℃低溫下工作。大量生產時，燃料電池的成本與現有內燃發動機接近。我國業者將氫氧燃料電池運用在電動自行車上，電力用完了，只要加燃料氣即可迅速恢能電能，符合快速環保方便的需求，的確是新發明新世紀的電池。氫氧燃料電池關鍵組件是電池內部兩片基板中的薄塑膠質子交換膜，目前仍是杜邦公司的專利權。目前電動車仍多數使用鉛酸電池，部分採用鎳氫電池，而鋰電池仍有

成本高及充電時間長等問題；採用燃料電池做為電動自行車電能來源，將使我國電動車產業直接跳過鋰電池，進入燃料電池時代。

氫燃料電池汽車列為21世紀十大高科技之首

 燃料電池的原理是利用電分解水的逆反應，使氫氣與空氣中的氧氣產生化學反應，產生水和電，實現高效率的低温發電，目前發展中的燃料電池近期以低溫型的質子交換膜燃料電池(PEMFC)為主，其所使用的燃料是氫氣，因此能夠提供安全且有效的氫氣，且餘熱回收與再利用也簡單易行。因為二氧化碳過度排放造成的全球溫暖化，使得氣候變遷、冰山融化、海平面上升，聯合國氣候變化綱要公約(UNFCCC)明示二氧化碳減量目標在2000年回復1990年標準，2000年以後考慮徵收碳稅(100美元/公噸)，已強迫減量，因此氫能這種無污染的再生能源將可能成為21世紀的新興能源。

　赖，實現能源獨立，2010年前，世界每天生產的氫能源當量約320萬桶石油；2020年前將達到950萬桶石油。專家認為氫將在2050年前取代石油成為主要能源，人類將進入完全的氫經濟社會。

　加拿大在氫能領域擁有581項專利(2003年）。加拿大的長期目標是搶佔世界氫能領域的制高点。2010年前，在温哥華到2010年冬奥運主辦城市威斯勒的120公里公路上建立5個燃料電池車的加氫站，並生產出必要數量的燃料电池車，由氫燃料電池車承担2010年冬奥會期間机場與主辦城市間的人員運輸任務。　　                         　　

               核能製氫對未來潔淨能源的意義

目前人類文明所消耗的能源主要是以碳循環的方式進行，綠色植物藉光合作用將太陽能轉換成含有機碳的葡萄糖供其他動植物賴以維生，而同時空氣中的二氧化碳也轉換成碳氫化合物將太陽能轉換成化學能，動植物經由呼吸作用又產生二氧化碳回到大氣中，此謂之碳循環，在遠古時期二氧化碳的消耗量與產生量應可維持平衡，但工業革命後，人類大量使用煤、石油而產生過多的二氧化碳，因而造成溫室效應的問題。隨著化石燃料的日漸枯竭，氫能的使用應運而生，氫能不只是替代石油能源的明日之星，其燃燒及產生過程均與二氧化碳無關自成一循環稱之為氫循環。能源可以分為一次能源及二次能源兩類，一次能源是指以自然形態存在的能源，包括風能、水能、太陽能、地熱能和核能等。二次能源是指由一次能源經過加工轉換以後得到的能源，包括電能、汽油、柴油、氫能等，使用氫能燃料電池的交通工具被認為是最有希望取代以汽油為能源的內燃機交通運輸工具，可說是新的產業革命。

氫的製造需耗費巨大的能量而使其成本增高，而高温氣冷式反應器可以很低的成本提供巨大的能量,從而大幅降低製氫成本。因此,核能製氫有望成為未來生產清潔能源極具競爭力的新興產業，新的核能製氫技術將使氫能成為21世紀後期的主要能源之一。科學家認為能源正從現在的資源依賴向技術依賴轉變，以往從煤炭轉成石油，未來將從石油轉到氫能，21世紀的第四代高温氣冷式反應器功率高、投資低、系統簡單、建造工期短、經濟競爭力強，對中、小型工業區的需求可設計適當的機組與其配合。高溫氣冷式反應器所需的面積不大，只要6公頃土地即可提供270個加氫站的需求，而風力及太陽能則需甚大的面積。

 核能製氫的方法

水的直接分解需要很高的温度,在正常環境下不可行，而通過熱化學循環過程則可以在較低的温度下分解水;如果能與高温核反應器接軌則可成為大規模生產的方法，是生產過程中既不產生温室氣體且具經濟效益的製氫方法。熱化學循環製氫可分為氧化物法、鹵化物法及含硫法，其中含硫法有四種 : 碘硫循環、H₂SO₄ -H₂S循環、硫酸-甲醇循環和硫酸鹽循環，其中研究最廣泛的是碘硫循環如圖6示，碘硫循環由美國通用原子公司(General Atomic)發明，除美國外，日本、法國也都選擇碘硫循環作為未來核能製氫的首選  。

十、核能與其他能源相較最滿足台灣需求             

(一)土地面積及氣象因素的限制   

   台灣缺乏能源所以不能放棄任何可資利用的能源，但再生能源有其限制，例如風能、太陽能及生質能等綠能的能量密度都很低均須大量的土地面積，台灣地狹人稠有一定的限制。風力發電並不能解決台灣電力需求的問題，台灣夏日尖峰缺電但夏日風力不足，以風力發電著稱的丹麥，其冬夏發電差距不大，且北歐冬季須取暖反而較夏季耗電量大故適宜發展電力。而即使擁有大量風機裝置，仍須備載大量火力發電裝置以應付夏季尖峰用電。

(二)運輸及貯存問題

台灣的能源均須靠進口，不但運輸費時，貯存亦很困難，核能發電所用的鈾燃料體積甚小，相較於煤和石油易運易貯。核能的優勢則在國防上能抵抗海上封鎖，安全儲量時間最長，由於可維持約二年運轉故可稱半自產能源，同時核能的使用可減少進口石油及可降低二氧化碳排放量，故核能與其他能源相較最能滿足台灣需求。