前言 美國總統小布希（President George W. Bush）於本（2003）年1月28日在參眾兩院聯席會議之國情諮文演講（The State of The Union Address）中鄭重宣佈，提議聯邦政府投入12億美元研究經費，用於汽車燃料電池開發，期使美國未來能夠在開發清靜能源，利用氫氣做為動力之汽車研究發展上領先世界。他呼籲並且表示在二十一世紀，在保護環境上邁向進步之道，並不是訴諸於法律訴訟與法規命令及管制，而是要經由科技與創新。
氫氣與氧氣之間的一個簡單化學反應所產生之能源，將可以被利用來做為汽車動力，其產生之排放物只有水，除此之外，沒有其他之排放煙物。經由美國國家的一項新投入研究開發，科學家與工程人員將可以在未來幾年內克服困難，以使這種利用氫氣做為動力能源的汽車可以從實驗室成功地發展至可以在展售室銷售，以提供給今天出生的孩子在其長大成人之後可以駕駛這種新研發的氫氣動力汽車。
這項重要技術創新，將可以使美國空氣因而明顯地改善成為較以往新鮮清淨，美國也將因而得以減少依賴國外能源供應，以達成美國促進能源自足而且大幅改善環境之目標。 另外，美國著名之自由社會評論與暢銷書作者Mr. Jeremy Rifkin於去（2002）年9月間出版一本新書，書名為氫經濟：遍及世界的能源網創建與地球上的動力再分配（The Hydrogen Economy：The Creation of the Worldwide Energy Web and the Redistribution of Power on Earth）。在氫氣研究發展之熱潮中，他認為便宜的氫氣將使二十一世紀更為民主與分權化，而在19、20世紀擁有石油燃料的國家或企業則興盛或強大。預期未來，氫燃料的影響力將不下於石油，誰握有氫科技誰就有舉足輕重的影響力。Mr. Rifkin寫道，有了氫氣，地球上每一個人將有可能被賦予動力。 燃料電池利用氫氣與氧氣結合反應作用發電創造氫經濟的原理與技術
首先利用清淨再生能源如太陽能或風能產生之電力將天然氣或水分子分解出氫氣與氧氣，接著將經過壓縮的氫氣透過管路或容器包裝卡車運送到建築物、工廠或車輛內的燃料電池，利用燃料電池構造反應，將氫氣與空氣中的氧氣結合反應發電，產生的電力可以為建築物、工廠或車輛的動力來源。在此，燃料（Fuel）電池（Cell）是電池的一種，使用的燃料是氫氣與氧氣，利用陽極（Anode），陰極（Cathode）、催化板（Catalyst）及電解膜（Electrolyte）等構造裝置，使氫氣由陽極進入，通過催化板，分裂成氫原子與電子，電力即由此電子的流動而產生，氫原子則穿過電解膜與從陰極來的氧氣加上回路的電子後，產生發電的副產品水。
因此利用燃料電池的構造裝置，可以將氫與空氣中的氧結合反應發電，發電量隨著板層構造之電池數量增加而增加。估計如果要產生1000瓦的電力，需要串聯34個直徑5吋的燃料電池。利用源源不斷供應的氫氣，加上空氣中的氧氣，產生電力，副產品只有水，除此之外，沒有其他污染排放物。
未來燃料電池的成功發展，利用自然界取之不盡用之不絕的氫氣及氧氣產生源源不盡的零污染清淨電力能源，將可以為人類創造遍及世界各地的電力能源網與無窮發展的氫經濟。
燃料電池開發利用相關問題及氫經濟之未來發展 以氫氣為一項新能源已成為一股熱潮，利用氫氣做為新能源以代替石油，將可以不再依靠石油做為能源。此外，可以舒緩地球溫室效應及無數的人口脫離貧窮等。但對於氫氣能源的熱烈期盼，目前恐怕仍然過多且太早。
譬如，雖然氫氣充足而且處處存在，做為未來燃料可以開發出清淨無污染電力能源，但是目前石油、天然氣、煤等化石燃料開發出來的電力與汽車動力仍有極大的成本優勢。而且也不如Mr. Rifkin所論述的，一旦以氫氣做為燃料的電力能源廣泛開發使用，民主就會跟著而來，因為這邏輯上似乎仍然缺乏緊密之關連性。
專題報導
未來氫經濟發展，正如為大家廣泛憧憬。清淨而可再生使用的電力如太陽能、風力能源等所產生之電力，用以從天然氣或水中分離出氫氣，加以壓縮後儲存分裝，輸送，透過裝置於建築物、工廠或車輛內的燃料電池之反應進而發電。此項以氫為燃料，結合自然界空氣中的氧氣經燃料電池反應產生電力及水，除此之外，沒有其他排放物，而達到零污染排放之燃料（Zero-emission fuel）。但所期望的氫經濟發展條件之一，是需要等到太陽能、風能所產生電力之成本大幅下降而且可以被廣泛使用之時，氫經濟才能發展起來。因為，氫經濟不像石油、煤等自然存在，可以直接消費使用。要利用氫氣做為燃料電池的燃料來源，首先必須將氫氣從氧、碳與其他原子結合中分離出來，也就是可以從天然氣或水分中加以分離出來。但分離氫氣所必須耗費的電力，將比隨後利用此氫氣做為燃料電池之燃料所產生之電力為多。
為什麼要如此麻煩大費周章地分離出氫氣呢？假如已經可以開發利用低廉成本的太陽能與風能電力，為什麼還要耗費此電力去分離出氫氣做為燃料電池的燃料來源呢？ 主要原因為氫氣，像石油一樣，此一含有大量能源之燃料可以被包裝在一個小空間內來加以使用消費。而且，以氫氣做為燃料產生之電力不像太陽能或風能電力，它可以在任何需要的地點與時間直接加以利用消費。譬如，汽車與卡車可以利用燃料電池裝置將風能電力分離出來的氫氣，做為燃料來產生電力帶動引擎奔馳，但汽車與卡車卻不能直接利用風能電力來帶動引擎。這種可以分離出氫氣並加以儲存使用，將太陽能與風能電力轉換成為一個信賴可靠的電力系統堡壘，成為一個用開關啟用的電力能源。
而且因為氫氣是宇宙中最充足豐富的一物質元素，不虞匱乏也沒有用完的風險。 很多石油公司相信未來長期上可能要依靠氫氣，如荷蘭皇家殼牌集團與英國石油公司及其他很多公司，每年皆投入很多資金研究石油之替代品。問題是什麼時候能源轉換將會發生？Mr. Rifkin寫道，轉換的時間將會很快來到。因為傳統石油的全球性生產有可能在2010至2020年間達到高峰，然後下滑減少，這也許將是很快匆促而至的事情。悲觀的地質學家預測世界石油產量高峰將在2006年前到來，而樂觀的預測則將在2040年或之後到來。 除了傳統石油外，也有大量的非傳統石油儲存於地下。估計伊拉克（Iraq）石油開發成本低廉每桶約2美元，加拿大Suncor Energy Inc.開鑿生產的輕、甜原油之成本一桶（One Barrel）為8美元，而市場價格在30美元之上，而且生產成本持續下降中。若期望人類推動再生能源科技之開發進展會以超紀錄腳步邁進，恐怕仍會有所失望，因為化石燃料如石油、煤、天然氣等開發使用技術依然屹立存在。 因此，石油短缺似乎不太可能是強迫轉換到氫經濟的因素，而且假如歷史可以做為殷鑑提供方向，患有能源飢餓症的世界不太可能主動地基於關心溫室效應或過度依賴中東石油等原因而停止使用石油。譬如，美國已拒絕履行京都議定書（Kyoto Protocol）以限制二氧化碳排量，指出此舉不能接受，因為將會有害於其經濟發展。
未來氫經濟的來臨出現，將是再生能源及以氫為燃料能源發電系統可以在競爭消費者的金錢上直接打敗碳化氫之石油使用上。在此競爭比賽中，目前已有發展，但仍有一段長時間待走。因為根據一項指標顯示，不計水力之再生能源，雖經多年政府補助鼓勵仍約只占美國發電量的2%，而目前燃料電池仍然定位於特定目的、不計成本一項利基性產品（Niche Products），太貴以致難以替換石油及柴油等為燃料帶動引擎。 即便轉換能源為使用氫氣所帶來的社會涵義，Mr. Rifkin也承認仍有障礙阻擋它所帶來的分權化與民主化的氫經濟烏托邦（Utopia）。但多國籍企業公司已相互競爭於掌握使用氫氣做為燃料能源的設計、生產及銷售，電力公用事業公司也許甚至會擁有及保持電力消費者家庭內的燃料電池。
更甚者，全球網際網路（World Wide Web），為Mr. Rifkin所說氫氣能源網（Hydrogen Energy Web）的前身，也仍沒有如所預測地已進展到賦予動力的時代。雖然在此打分數下結論仍言之過早，未來可說甚具潛力與希望，只是有可能仍需等待一段長時間才能到來。 當前燃料電池研究發展與推廣應用概況 全美第一輛以氫氣做為動力的本田（American Honda Motor Co.）燃料電池實驗（Fuel Cell Experimental, FCX）車，於2002年年底前運到洛杉磯出租給市政府試用，而另外4輛也將在2003年年底前運到洛杉磯出租給市政府使用。第一輛FCX車可攜帶41加侖的氫，行駛範圍為220哩，最高時速為96哩，有四個座位，已經檢驗為零污染，水及熱是唯一的排放物質。本田計畫未來兩到三年裡，在加州及日本出租30輛氫汽車供人使用作實地測試（Field Test），但並沒有大量市場行銷或銷售給個人的立即計畫。全加州已有2個氫氣加氣站，目前正考慮增設第三個加氫氣站。 專題報導 而豐田汽車公司（Toyota）於2002年年底前推出來的氫燃料電池車Highlander為運動多功能車（SUV）合乎環保標準，但因為加氫氣做為燃料，不方便導致乏人問津，雖是清潔車，但叫好不叫座。
本田與豐田均於2002年年底推出第一代氫動力車，但皆宣稱還需要十年時間才能使這項技術更完美。日產（Nissan）亦積極開發燃料電池，決與美國聯合科技（UT）集團合作開發汽車用燃料電池。開發燃料電池需要龐大費用，燃料電池尤其需要特別的技術，因為必須耐振動和高溫，日產希望和UT集團合作，迎頭趕上豐田及本田。此外，汽車公司中，Daimler-Chrysler亦表示2003年將在歐洲、亞洲及美國推出60輛燃料電池車作實地路測，專家預測燃料電池車發展要十年或更久之後，氫氣加氣站普及設立才有可能。 以氫氣做為燃料而使用燃料電池設立發電廠方面，2003年3月14日洛杉磯市水電局已在其大樓北側安裝啟用一台，為北美洲規模最大，效率最高的燃料電池發電廠。燃料電池發電廠使用最新科技，能夠在自身的燃料電池中製造氧氣，達成利用原有的天然瓦斯輸送系統製造以氫發電的經濟。這座電廠大小如同一輛卡車，一間間的「小房間」經過處理便能產生電力，可提供250萬千瓦電力，足夠250戶住家使用。這座電站將電力送至洛杉磯發電中樞，每千瓦使用的燃料僅達傳統發電廠的一半，發電過程中產生的污染幾乎為零。 不過，這座新型發電廠的造價不低，約為300萬美元。洛杉磯市水電局計劃再建造一座可發電250千瓦的燃料電池發電廠，該發電廠將利用附近廢水處理廠產生的廢氣製造再生電力，預計在今（2003）年4月份安裝完畢，投入運作。這兩座發電廠的燃料電池都是康州燃料電池電力公司提供建造，該公司早在1969年便開始研究燃料電池，擁有多項電子化學方面的專利技術，並於1975年與美國國防部及能源部合作開發燃料電池能源。該公司表示燃料電池也稱直接燃料電池（Direct Fuel Cell）或碳酸鹽燃料電池（Carbonate Fuel Cell）。
結論
開發利用清淨再生能源需要不斷追求努力才能企及。燃料電池發電原理早在1839年左右已發現，其發展利用涉及多重層面因素，包括化石燃料石油、煤、天然氣的供應與價格，及再生能源如太陽能、風能電力開發利用可行性與價格競爭因素等。到70年代開始，燃料電池再度受到重視開發。而最近的開發熱潮，則為氫經濟發展帶來新希望與憧憬。未來發展，利用再生清淨能源太陽能、風能電力從水或天然氣分離出氫氣，再利用燃料電池及以氫為燃料投入，產生電力。燃料電池提供各種不同使用能源動力，並需要在投入產出電力作法上達到效率，即產出之電力多於投入之電力，並能降低成本，提升技術，做到方便供應利用，符合保護生態環境需求，在技術與經濟上達成效益，具有競爭性，滿足消費者需求與方便性等。燃料電池新能源科技在可預見的未來，將大幅改變人類社會的生活方式，促進經濟發展以致興起氫經濟的新紀元。
（本文作者蕭灌修現任駐洛杉磯台北經濟文化辦事處科學組組長，曾經擔任行政院國家科學委員會國際合作處處長及綜合業務處處長）
