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未來汽車加氫或充電,你會怎麼選?

ISSUE #046

未來汽車加氫或充電,你會怎麼選?

2022-05-24 12:00:00

對於一般民眾來說,我們與「氫能」的距離似乎很遙遠,印象中氫總應用於重工業、製造業等。其實氫能應用層面廣泛,有機會如電一般在生活中無所不在。「氫能車」,或許是大眾接觸氫能源最近的第一步。

#氫能車 v.s 電能車該怎麼選? #真的有可能實現嗎? #基礎建設是關鍵?

王縈緹

王縈緹 / 採訪編輯

採訪寫作

陳卓君

陳卓君 / 副總編輯

審訂

圖片來源 - unsplah

questionquestion

發生什麼事?

隨著氣候快速變遷,加上烏俄戰爭所引發的能源問題,能源轉型迫在眉睫。各國為了達到淨零碳排的目標,「氫能」成為至關重要,且有利可圖的關鍵。

  • 全球正積極投入氫能源相關研發,受到了前所未有的商業和政治關注,其所牽涉的經濟價值更是難以估量。據《經濟學人》預估,2050 年氫技術有機會減少當今溫室氣體排放量的十分之一。(經濟學人
  • 除了民生、企業、工業用電外,氫能對於運輸工具的發展很有機會,包括卡車、轎車、機車、船舶、軌道車、飛機等等。(WHA
  • 雖然目前各國氫能汽車的數量仍亞於電動車,但隨國際淨零目標,燃油車勢必會面臨淘汰,如:英國已宣布 2030 年起將禁售傳統油車,未來在電能車與氫能車之間,將是不得不面對的必選題。(BBC


氫能車 v.s 電能車

但是面對在 2021 年全球售出率增長 109%、總銷量達 650 萬輛的電動車,「氫能車」有何優勢與之匹敵?(Canalys

  • 環境溫度:電能車怕冷是通病,在零下的環境中行駛,續航里程會比平常少 20%,且因使用車內暖氣,會增加更多電力需求,是許多使用者冬季的惡夢。豐田汽車在低溫條件下,對其品牌氫能車進行測試,在攝氏零下 30 度的極端氣候,仍照常行駛。(InsideHookGreen Car Reports
  • 續航力:根據 TOYOTA 表示,其旗下氫能車種 Mirai,加一次氫可行駛 600–700 公里,相較電能車續航力久,適合物流業、貨車、公車等,固定路線的長途運輸。(CSRF
  • 能源補充方式: 加氫氣的模式較類似於油車,採以一個地區設置一加氫站,而非處處安裝充電樁。至加氫站充一次氫氣時間約為短暫的 3–5 分鐘,而電動車充電至 60–80% 至少要 20-30 分鐘,氫能車快速充能的特性,可消除電動車的里程焦慮,以及長時間充電的等待。(詳見文末 台師大車輛與能源學程特聘教授兼主任洪翊軒訪談)
  • 重量:過去電動車所使用的鋰電池太重,難以取代大型載具所使用的柴油引擎。氫燃料電池「輕」的特性,有機會終結高污染的柴油引擎。(詳見文末 鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理周哲平訪談)


台灣氫能車在哪?

國際市場上,TOYOTA 在 2015 年就已推出氫能源車型 Mirai,且氫能車於歐美多國、韓國及日本也已商品化。為何在台灣,仍不見氫能車上市?

  • 產業面:
    • 以產業經驗來看,破壞式創新並不會發生在既得利益者身上,他們沒有理由破壞原本已穩定創建好的油車供應鏈,鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理 周哲平也表示:「我相信其實多數的車廠早就有一定程度的氫能技術,只是時機還未到,不需要真正拿出這項武器而已。」當如電動車巨頭特斯拉一般的領頭羊出現時,各品牌才會紛紛推出氫能車。
    • 特斯拉之所以能帶動熱潮,除了搭上能源轉型順風車外,載具的來源建基在既有的電力環境之下,基礎建設發展的進程也相對較快速,且台灣結合電子製造,及汽車代工能力的優勢,成為了電動車很好的切入點。(詳見文末 鐙鋒綠能科技營運總監莊皓鈞訪談)
    • 氫能車最大的缺點在於,目前量少、市場不夠大,因此不論在能源還是車體本身,價格都普遍較高。在日本購買一台定價 700 萬日圓的 TOYOTA Mirai,得靠政府補助,否則難以與電動車競爭。(詳見文末 台灣氫能與燃料電池學會理事長曾重仁訪談)
  • 政策面:
    • 台灣的氫能政策相較其他國家,起步較晚,目前仍屬初期。2022 年政府首度表達,將配合氫能發展需要,訂定《氫能管理專法》。隨著政府開始重視氫能法規,將帶動產業發展。(鏡週刊
  • 使用面:
    • 在氫能方面基礎建設的普及仍須很長一段時間的醞釀,據台灣氫能與燃料電池學會理事長曾重仁表示,全世界約有 500–600 座加氫站,而台灣目前加氫站數量近乎是 0 。必須優化基礎建設才能讓消費者有下一步的選擇可能。
    • 民眾對於氫能的不熟悉、對易燃氣體的害怕其實舉世皆然。從當前儲氫技術進步,及各國使用經驗來看,氫能車事實上比油車還安全。要建立民眾的安全使用認知及情境,會是社會面上的挑戰。(詳見文末 立法委員趙天麟訪問)


未來會如何?

基礎設施問題和成本,將隨著時間的推移而消失。當越來越多的人購買氫燃料汽車,成本會下降,加氫站的設置也會因使用需求而增加。

  • 電車及氫能車不同的優勢及特性,未來可能擁握的是不同的市場,氫能車以長距離為主,電動車則適合短距離行駛,端看消費者的需求而做選擇,兩者並不會相互取代,甚至「氫電複合動力」也將是指日可待的發展方向。
  • 以台灣來說充電樁的設置已遍佈各城市,初期來講電動車市場還是會比較大。未來若氫氣的供應設施完備,來源足夠且穩定的話,願意選擇氫能車的消費者相對也會變多。(詳見文末 台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長林若蓁訪談)

氫能汽車生命週期大約幾年?「氫電複合動力」或「油氫混合車」有機會嗎?請看《旭時報》與產業、研究專家的深度對談。

深度專訪

question
氫能車與電能車相比,氫能車的優勢與劣勢為何?氫能汽車壽命大約幾年?
周哲平

周哲平

鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理

氫能比起電池車及傳統油車很大的優勢在於「輕」,從能量系統比較,以需行駛長距離的車種來說,電池車的重量相對氫能車還要重上許多,如 TOYOTA 氫能系列車型,若高壓填充五公斤的氫氣,其續航距離就能與一般汽油車相當,且氫填充的多寡,並不會影響車體本身的重量,反之傳統油車在沒油與滿油之間,可能會相差約 40 公斤的重量,電能車如果需要符合相當的距離,至少需要填充 60 度電以上,以能量密度 0.15kWh/kg 估算,電池重量約 400kg。

再者,電動車充電的速度慢,需要一段時間的等待,就算使用快充仍需要近 20–30 分鐘,而氫能車到加氫站加氫只要花個 3–5 分鐘,因此選擇電動車的消費者,必須三不五時就充個電,否則可能會有里程焦慮,或是需要花時間等待充電等問題,但氫能車較類似於我們使用傳統油車的習慣,大多人會等快沒有油了,再去加油站加滿即可。

市售的燃料電池轎車都已經有 10 萬英里的保固,它的規格約可行駛 5,000 小時以上,以每小時平均 50 公里的速度,可達到 25 萬公里的行駛里程,因此一台氫能車的壽命標準會落在 10–20 年之間,且正常的使用習慣下,過程不太會遇到要換電池的可能。

曾重仁

曾重仁

台灣氫能與燃料電池學會理事長/
中央大學機械工程學系特聘教授兼工學院能源中心主任

一般電動車的充電時程較長,當然市場上也提供用戶「快充」的選項,最快約 15-30 分鐘便可補充 80% 以上的電力,實際上一顆鋰電池可以偶爾快充,但沒辦法每次、經常性的使用快充。舉例來說,若以正常速度充電,一顆原本可循環 1,000 次的電池,在長期使用快充的情況下,電池壽命可能會下降至 200 次,因此即使現今技術可以發展出良好的快充服務,但導致電池壽命的下降才是問題所在,而氫能車便無此問題。至加氫站加氫所耗費的時間約 3-5 分鐘,以 TOYOTA Mirai 氫能車來說,加一次氫可行駛 600-700 公里,整體而言加氫的體驗類似於與過去一般汽油車加油的模式。

氫能車最大的缺點在於...

洪翊軒

洪翊軒

國立台灣師範大學車輛與能源學程特聘教授兼主任

氫能車或稱燃料電池車,基本上也是電動車的一種,與電池電動車相同,動力源均由大功率馬達驅動車體。然於能源供應端,則為氫氣加入空氣中的氧氣,透過燃料電池進行化學反應進而產生電力。就優勢而言,氫能車充一次氫氣,以目前高壓氫氣的技術,約可行駛七百至一千公里,如韓國 Hyundai NEXO 與日本TOYOTA Mirai,而電動車行駛里程約為五百至七百公里,如 Tesla Model X 與 Mercedes EQS,因此明顯勝出。此外充一次氫氣時間約為短暫的五分鐘,而電動車充電至 60–80% 電量約要 20–30 分鐘,因此氫能車可有效率快速補充需求能量。

但氫能車亦有其缺點...

林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

以優勢來說,氫燃料電池載具運行的續航力相較鋰電池還要長,一般鋰電池車充電需等待充電的時間兩種載具有各自的優勢可相輔相成。目前的劣勢則在於,鋰電池車商業化的進程速度較早,顯見台灣充電樁的比例也不斷的擴增中,但國內加氫站的設置仍需要一段時間的醞釀。

燃料電池目前在國際上已應用在多種交通工具上,如:輕型載具車、無人機、摩托車、小客車、重型機車、巴士、貨卡車、快遞車、軌道車等等,會因為電池組的設計容量、種類、應用方式的不同,而有不同的使用壽命與性能,已上市的豐田燃料電池小客車 Mirai 充一次氫氣約 3–5 分鐘,續航力可超過 600 公里以上,壽命則也會根據不同的使用習慣而有所變動。

question
在氫能車有可能取代電動車嗎?氫能車適合什麼使用狀況及何種車型的應用?
周哲平

周哲平

鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理

因電能車發展的進程較快,且電力來源的基礎建設雖然不普及但至少都存在,例如家裡有車庫可以安裝慢充。以現在的趨勢來看一般消費者還是會以電能車為主流,加上電池車也已開始導入 AI、物聯網,未來車子的使用情境會與現在不太一樣,變得可以有很多天馬行空的應用。

因電動車充電需要等待的特性跟電池空間有限,較適合短距離的使用,可利用買菜、上班、購物的時間,放在家裡、賣場或者公司順便充電,可避免完全電能耗盡的窘境,及降低長時間等待充電的情況。氫能車與電池車最大的差異在於,氫能適合長距離、長時間的行駛,從商業可行性來看,路線固定的物流業也非常適合導入氫能車,而大型動能運輸工具也是碳排放很大的貢獻者,如:大型船舶、飛機、巴士、卡車等等,這類載具也將會是氫或氫電混合,很好的運用方向;以目前技術要完全使用電池驅動大型的載具,會讓載具更重,近乎是不可能的。

曾重仁

曾重仁

台灣氫能與燃料電池學會理事長/
中央大學機械工程學系特聘教授兼工學院能源中心主任

我認為部分市場會產生競爭,但在一些利基市場這兩種能源也會各自佔有優勢,必須先釐清的是其實電車在現階段並不是零污染,根據台電所提供電能,每度電大約會排放 0.5 公斤的二氧化碳,因此充電車所使用的電,其實是跟著國家電網的乾淨程度為依據;現階段大多數的氫,也是由含碳的天然氣做轉換得來,相對也會產出碳排放,可是在各國產氫計畫之中,開始建置運用再生能源而電解水產出氫氣,這樣的「綠氫」便是我們所謂的零碳排能源。

在比較小型的電動車上,電池車依舊有優勢的地方,架設充電樁所需的空間、設備、要求,都並無加氫站如此繁複,一般住宅、社區、大樓、公司的停車場都可以加設充電位,而加氫站的規模就如同加油站一般,難以設置到每個社區都有加氫站,因此適合使用在大型的運輸工具上...

洪翊軒

洪翊軒

國立台灣師範大學車輛與能源學程特聘教授兼主任

由於燃料電池的能量密度較高,且補充氫氣後續航力佳,因此若以長程行駛的用途而言,則可能部分取代鋰電池。目前中國大陸的燃料電池巴士,便於多城市間進行示範運行。德國亦有車廠針對長途運送電動貨車,採燃料電池方案。此外希望持續運轉之工程車,如攪拌車,亦可使用氫能車以提升純電之工作期程。長途使用之可行性在於,目前加氫站較不普及,因此在固定路線或固定設有加氫站之間往返,較適合目前氫能車。其他 Off-road 電動車輛如:高爾夫球車、遊園車等具有固定路線者亦可考慮。延伸此議題,因此若氫能車要取代電動車之時機與條件,則包含:加氫站密度提高、整車成本降低、政府政策補助、製氫運氫與充氫成本降低、氫能教育普及帶動人民接受度高等,方能提升一般民眾購車慾望。

林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

其實氫能車在國際上已商品化、上市,大眾可以自由選擇購買的車種,相較傳統油車,氫能車或一般電動車都相對環保許多,未來大眾在這兩者之間做選擇時,主要的考量還是在於使用者的需求,若是需要開長程,續航力長、里程數多或來回次數多、希望避免花費太多時間充能,如公車、環島、物流等等,氫能車會比較適合;反之,若平常移動範圍以市區為主,只是平常上下班的代步工具,鋰電池也會是個好選擇。

未來是零碳能源的時代,目前發展看來...

question
首輛氫能汽車於 1807 年問世,為何到至今已經過 200 多年,國際間仍未普及?
周哲平

周哲平

鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理

有一個觀念我們要了解,歷史上的領導者絕對不會去革自己的命,既得利益者並不會去破壞原本已穩定創建好的供應鏈,也就是說這些汽車大廠若要改賣氫能車,從車廠到下游維修中心,是一條非常繁瑣且極長的供應鍊,光是讓車廠學習維修燃料電池車,這過程所需的時長是非常久的,破壞式創新並不會發生在既得利益者身上,這也是為何電能車的問世為,只專攻單一領域的特斯拉為領頭羊,我認為在氫能車領域,在美國的新創 Plug Power 會是商業行為的革命者。

加上...

莊皓鈞

莊皓鈞

鐙鋒綠能科技營運總監

其實電動車、燃油車與氫能車發展歷程都已有 200 年左右的歷史,氫能車與電動車更早於燃油車。其能否普及的關鍵,還可以從載具的性能及能源基礎建置兩方面來看。性能上特斯拉透過電池技術的革新重新定義電動車的架構並選擇了跑車這樣的利基市場,在能源供給方面,電力的來源可仰賴既有的電力架構甚至搭配太陽能獨立電網,在家裡、生活周遭皆可設置充電樁充電,但氫能車在供氫的基礎建設上需要重新設置「氫氣填充站」,等於重零開始,因此相對比較弱勢,這也是影響進程速度的因素之一。

曾重仁

曾重仁

台灣氫能與燃料電池學會理事長/
中央大學機械工程學系特聘教授兼工學院能源中心主任

1807 年 François Isaac de Rivaz 所發明的只能說是氫燃燒產生動力的概念,缺乏現代內燃機的壓縮行程,現代內燃機也要到 19 世紀末期才由 Nicolaus Otto 等人發明。汽油車因為汽油的體積能量密度高,使用方便,所以一直稱霸汽車世界至今。在理念上汽油車與燃料電池不相輔,因此「油氫混合車」的概念會比較難成立,但是在「氫電複合動力」上我認為是指日可待的發展,燃料電池可負責主要動力的輸出,再搭配小的鋰電池,來應付瞬間的動力變化,這樣的搭配非常適合做載具的動力模組。

洪翊軒

洪翊軒

國立台灣師範大學車輛與能源學程特聘教授兼主任

氫能車之技術於十五年前已臻成熟,然由上之諸多限制與困難點,造成選擇短程、四輪小型車之一般民眾較難接受。目前考慮製氫儲氫充氫的成本高,且加氫站不普及,因此較適用於公部門之示範運行或大眾運輸工具使用。亦或具備固定路線之觀光及遊樂園區,若不想頻繁充電,則可考慮輕型燃料電池電動車充氫。另外於工廠之倉儲部分,若不想於封閉區間透過柴油車搬運貨物,且又需要長時間運行,則可考慮燃料電池倉儲車,如美國 Amazon 或 Walmart。於國外,對於部分科技接受度高之民眾,且加氫設備相對普及之地區,如日本、美國加州等,則較有機會購買四輪轎車。

question
目前台灣氫能車的發展狀況如何?產業面、政策面、使用面,面臨什麼樣的困難?試圖解決的方向?
周哲平

周哲平

鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理

台灣的汽車產業的位處弱勢,內需市場也相對小,因此國內氫能車在小型車的發展很有限,若是大型車如:巴士、卡車,會比較有機會,但過去幾年並未有相關明確的政策支持,所以成效不明顯,不過也因為政府開始重視及規劃氫能相關的法規,我相信再過不久產業也會自己跟上。

使用面的部分,台灣氫能政策屬初期階段,必須設定一些價值優勢、獎勵機制來鼓勵使用者使用氫能的技術或者交通載具,若公部門可以從購置少量的氫能車來帶頭示範移動汙染源減碳,並從建構行動加氫站做起,慢慢建立一些榜樣,讓氫能的使用認知、情境、條件建置起來,會是氫能很好的起始點。

莊皓鈞

莊皓鈞

鐙鋒綠能科技營運總監

氫能車的動能系統基本上可分兩種:使用氫燃料的內燃機架構或以高壓氫經燃料電池轉換成電能的架構。前者採用的架構與傳統燃油車相容,後者則比較接近電動車的動力架構。因此,從產業面來看,部分傳統車廠為延續其供應鏈體系,會選擇開發氫內燃機車,但台灣產業優勢在電子製造業,近年來,台灣結合電子製造及汽車代工能力的優勢,成為了發展電動車很好的切入點,這部分的能力也相對適合用來發展氫燃料電池車。除此之外,在過渡階段,我認為以液態的甲醇作為氫能載體,並混合鋰電池成為複合動力的氫能車,由於補充氫能的成本非常低,會是產業發展上很有機會的方向。

洪翊軒

洪翊軒

國立台灣師範大學車輛與能源學程特聘教授兼主任

台灣於十多年前雖積極推動燃料電池與氫能發展,包含政策面補助氫能車示範運行及推廣氫能教育、設立氫能相關推廣協會,然隨著國外鋰電池車之強勢發展,近十年來推動氫能車之力道趨緩。以下分述個面向遭遇困難。

產業面:台灣發展氫能的廠商與全球其他廠商相比,起步時間並不算晚,但台灣廠商大多並沒有大規模的投入,並欠缺政府長期具體的支持,因此一直面臨不上不下或是倒閉的狀態。全球氫能產業於 2014 年後進入蓬勃發展,進展較快速的廠商皆有國家相對應的支持,台灣氫能產業一方面將會面臨國外後起之秀在政府支持下的大力追趕,另一方面又必須將過去的技術成果快速商業化的壓力,唯有靠政府長期且具體的支持,否則將很難跟國際對手抗衡。

政策面...

林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

台灣氫能相關的發展目前以解決基礎設施、氫氣產、製、運、儲及來源、相關管理法規三個面向為主要條件,國發會也在今年(2022)三月發布將訂定《氫能管理專法》,我相信當政策建構好,產業亦能快速地跟上配合,台灣過去具有相對完整的氫能與燃料電池技術供應鏈,未來氫能在台灣一定也有它的優勢與機會在。

趙天麟

趙天麟

立法委員/台灣氫能促進會發起人

台灣正在轉型的階段,順應世界潮流也逐漸轉向使用再生能源、低碳排車輛,民眾對於氫能的不熟悉、對易燃氣體的害怕其實舉世皆然,但隨著儲氫技術的進步以及各國使用氫能車的經驗,氫能車事實上比油車還安全,關於氫能車安全性的認知如何讓民眾清楚並進而接受,會是社會面上的挑戰。經濟面上,隨著石化產品的逐漸淘汰以及國際碳費的徵收,事實上各家廠商均已逐步擬定因應方案,氫能也可以成為減碳選項。然而,氫能生產、相關設施及運送費用目前仍高,在技術突破之前,於市場上的空間可能仍然有限。

question
「氫電複合動力」或「油氫混合車」有可能是新的發展方向嗎?
周哲平

周哲平

鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理

氫能車最困難的地方在於,普及加氫的基礎建設是相當有難度的,若是固定路線的車種,氫電複合動力的應用是可以被實現的,目前也有許多公司正著手這方面的發展;油氫混合運用在運輸系統上,目前我的認知上是沒有相關的技術,或許以大型的發電設備可行性會較高。

不論純氫或者氫電複合動力都需要氫氣的供應,目前走向會有兩條路可以發展—「外部加氫」及「車上製氫」,車上製氫指的是以液態的甲醇作為氫能載體,即時產氫即時發電,我認為車上製氫是可以先解決氫填充基礎建設不足的困難,相對比較容易達成,但考量的重點在於「選對市場」,須是電池車進不去的領域。

洪翊軒

洪翊軒

國立台灣師範大學車輛與能源學程特聘教授兼主任

由於燃料電池可稱為「未來引擎」,亦即它可將氫能轉換為電能,引擎為燃油化學能轉換為動能,其本質上不具備儲存電能之能力。因此目前市面上所有之氫能車均為燃料電池匹配一儲能元件,因此可將燃料電池多餘的電能儲存於鋰電池或超級電容器中,同時煞車回充亦可將動力回收至電池以增加續航力。目前氫電複合動力系統已為氫能車之標準配備。

關於油氫混合車,由於氫能除了燃料電池的化學反應製造電能外,亦可透過內燃引擎燃燒製造動能,且排出之產物為 H2O,因此極有可能是未來內燃引擎車對抗鋰電池電動車之車型。目前 TOYOTA 正將氫引擎運用於多款市售車輛,而若 TOYOYA 插電式油電混合車-Prius 後續加入氫氣燃燒之選項,加上足以抗衡電動車之產量、高效能運轉及優異性能表現,的確後市看漲。不過話說回來,在能源補充端,要如何透過加氫站充氫,及如何潔淨製氫、安全儲氫等,仍為各國急欲解決的當務之急。

林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

2050 淨零轉型是全世界的目標,以油為動能的車子將來都不再能販售,在未來油被淘汰的前提下,我認為發展採全氫、全鋰電池,或者氫電複合,在國外已有看到「氫電複合」的相關產品產出,雖然量還在增加中,但深入該方面的發展,在未來也並非無可能。

此次與談人

周哲平

周哲平

鐙鋒綠能科技創辦人/副總經理

曾重仁

曾重仁

台灣氫能與燃料電池學會理事長/
中央大學機械工程學系特聘教授兼工學院能源中心主任

洪翊軒

洪翊軒

國立台灣師範大學車輛與能源學程特聘教授兼主任

林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

莊皓鈞

莊皓鈞

鐙鋒綠能科技營運總監

趙天麟

趙天麟

立法委員/台灣氫能促進會發起人

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