車輛研究測試中心 國際合作部 / 蔡宜良

燃料電池(Fuel Cell)以其發電效率高及多元燃料之特性，藉由化學反應將化學能直接轉換為電能，為一直接的能源轉換裝置；具有高能量密度、質輕及較二次電池續航力高十倍的效率優勢，被視為矚目的新綠色能源技術，而燃料電池的能量轉換效率非常高，且具備低污染之特性，亦是近年最被看好的新一代能源供應技術。


燃料電池應用範圍涵蓋分散式發電系統、運輸工具、工業用搬運載具、可攜式電子產品…等；就目前燃料電池依據使用的電解質種類可以區分為：鹼性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、直接甲醇燃料電池（direct methanol fuel cell，DMFC）、磷酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、溶融碳酸鹽燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）以及固態氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）等六種類型，本文將以適合車輛運輸工具發展之質子交換膜燃料電池（PEMFC）為主要探討內容，藉由國內相關產業技術發展及產業供應鏈分析，進而提出我國進入燃料電池市場之利基分析，作為未來政府推動燃料電池產業之政策建議之參考，使我國燃料電池產業在台灣甚至全球市場，作為燃料電池車輛早期市場進入者，並成為台灣燃料車輛產業在世界發光發熱的關鍵。


一、台灣燃料電池車輛產業發展背景
台灣地區能源非常缺乏，根據經濟部能源局於2008年統計資料顯示，我國能源於進口能源所占比重為99.37％，自產能源僅占0.63％，而按個別能源占總供給之比重分析，以原油及石油產品占50.94％最高，煤及煤產品占31.31％居次，其次分別為天然氣（含液化天然氣）占9.17％，核能發電占8.20％，水力及再生能源共占0.38％。因此，為了確保能源供應穩定，必須有分散風險的觀念和措施。


我國在燃料電池的研發已有超過20年的時間，政府與民間都有研發成果呈現；早在1987年由台電委託工研院進行「燃料電池發電廠應用於台灣之可行性研究」計畫，以及由經濟部能委會委託從事磷酸燃料電池(PAFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC)研究，含電池組，電極板及重組器的設計開發等「燃料電池技術開發」計畫，對於燃料電池科技的發展應用，開始有較具規模的研發。1994年，台電與工研院能資所，共同設置我國第一座200瓩級的燃料電池發電廠。最近三、四年能資所將研究重心轉向質子交換膜燃料電池相關領域研究。規劃未來的四年內，開發3~5瓩級小型家用PEM發電機，包含燃料電池組，燃料重組器及關鍵材料。


2002年7月，經濟部能源局為推動燃料電池產業之發展，結合產、官、學、研成立「台灣燃料電池夥伴聯盟」，由能源局與台灣經濟研究院為「指導委員會」是最高指導單位，依任務區分為9個小組，分別為「燃料小組」、「燃料電池小組」、「發電機小組」、「3C應用小組」、「車輛小組」、「法規及測試小組」、「產業推廣小組」、「學術小組」以及「政策小組」，以提升國內燃料電池科技之研究發展與商業利用為其發展目標，並促進政策與產業橫向連結，創造產業發展的優質環境及基礎建設。


且經濟部「重大能源科技計劃-氫能與燃料電池項目」，將政府單位與業界分工規劃，於2005~2007年間，由台灣中油公司、台全電機及亞太燃料電池科技公司合作進行經濟部技術處核定的「燃料電池複合動力電動機車應用技術開發計畫」，由台全電機與亞太燃料電池公司負責開發生產20部燃料電池複合動力電動機車；在政策支持及產、學、研共同努力下，促使各界對於燃料電池產業的重視，此時，台灣燃料電池產業也逐漸成型。


二、國內燃料電池車產業發展概況
我國燃料電池產業上、中、下游已初具規模，雙極板、氣體擴散層、膜電極組等關鍵組件均可自製，電池組、燃料重組器性能也達到國際水準，系統整合及運轉測試能力，藉由技術轉移國內廠商與國外技術的引進、合作，國內已有5 kW以下燃料電池的生產能力，燃料電池應用也已萌芽，如備用電力、機車、行動電源等利基應用產品均有廠商投入開發，產業鏈具完整雛型。
國內燃料電池的應用發展雖尚無如國外有實際運行、示範應用等實績，但於燃料電池領域相關之產、學、研機構所掌握之技術，卻是於世界發展燃料電池國家中扮演相當成分的角色，台灣擁有燃料電池完整的產業供應鏈，如圖1所示。

圖1、台灣燃料電池產業供應鏈發展現況(資料來源：ARTC整理，2008/10)

目前國內已有30多家相關研發機構及業者投入氫燃料電池車相關技術開發，也具有分工雛型並形成產業價值鏈，包括系統應用業界如亞太燃料電池(電動車載具設計)、大同世界科技(發電機載具設計)、博研(電動車載具設計)等，關鍵零組件產業包括盛英公司(雙極板)、漢氫公司(儲氫罐)、亞太燃料電池(儲氫罐、電池組)、大同世界科技(重組器)等。


台灣目前的燃料電池機車已有相當技術能量，在國際節能減碳的趨勢下，燃料電池車輛之推廣將擁有極大的發展契機；我國發展燃料電池車輛最具代表之廠商為亞太燃料電池科技公司，該公司從事燃料電池研發已超過10年時間，至今已投入超過五億經費，研發PEMFC燃料電池本體及系統整合工程，在國內燃料電池技術上占有領先地位，亦是目前國內致力發展燃料電池機車的廠商；該公司除本國資金外，亦有國際大廠杜邦投資，負責製造提供燃料電池之薄膜等關鍵零件，在發展燃料電池機車的技術與成本上具有相當的優勢。


該公司目前已發展第五代燃料電池機車，如圖2所示，該公司於2010年進行燃料電池機車環島長途道路行駛，完成總距離超過1,075公里的台灣道路駕駛測試，這是世界第一輛氫燃料電池機車長途公路實際行駛記錄；該公司除燃料電池機車外，近期更積極投入燃料電池四輪微型車的開發，未來將無限可期。
 

圖2、亞太燃料電池科技公司燃料電池機車發展現況(資料來源：亞太燃料電池)

三、全球潛在市場巨大
燃料電池應用於交通工具，一直是驅動燃料電池產業快速發展的主要原因，根據富士經濟預測，全球燃料電池整體的市場規模將擴大至1兆6,133億日元，其中交通工具領域的市場將持續擴大，2020年度以後將帶動整個市場的發展。
根據富士經濟預測，於2015年以後燃料電池車輛將全面投放市場，2020年度將達到10萬輛，2025年度將擴大到45萬輛；同時 Electric Bike Worldwide也預測，2009年全球電動機車包含 electric Scooter與mini Scooter將有近25萬輛，未來市場仍將繼續成長，全球電動機車銷量詳見表1。

表1、全球電動機車銷量

資料來源：Electric Bike Worldwide，ARTC整理

四、台灣發展燃料電池車之關鍵分析
1.台灣輕型電動載具具備深厚基礎
台灣是全球電動代步車的重要供應商，由圖3統計資料顯示， 於2009年全球電動代步車由台灣廠商製造(Made by Taiwan)的總產量約為27.8萬台，占全球市場的比例高達38.6%，為全球第一大供應商。

圖3、台灣電動代步車全球生產比例(資料來源：中經院，ARTC整理)

另一方面，國內電動機車發展上已經相當純熟，且其整體產業供應鏈也非常完整，在整車動力發展上，其動力馬達於性能表現方面也已相當成熟，在最高速率及續航力方面都有相當之水準，如圖4所示，其整體的性能表現已接近傳統50CC之機車，符合國內一般通勤需求。

圖4、台灣現行電動機車一覽表(資料來源：ARTC整理)

上述顯現台灣有深厚的基礎發展，以電池或燃料電池為基礎的輕型電動載具，未來待燃料電池技術成熟與成本降低後，國內廠商可大量將燃料電池應用於電動代步車與電動機車，發展新藍海市場。

2.台灣機車產業發展領先全球
台灣在機車的產業發展凌駕於其他各國，是屬於台灣專屬的特色產業，不僅擁有完整的產業結構，也有完善的開發技術與產銷通路。目前台灣電動機車在政府推廣下，關鍵零件如馬達、電池、電源管理系統技術已臻成熟，若機車廠能再結合燃料電池電池與整車能量，就能製作燃料電池機車，將有機會大量取代國內現有一千四百多萬輛廣大引擎機車市場，使燃料電池機車產業成為綠色工業發展的要角。

表2、燃料電池機車與引擎機車之比較

資料來源：2010城市綠色交通與綠色運具發展研討會

根據表3之台灣發展燃料電池車輛之SWOT分析，我國在電機電子、控制技術人才供給穩固，同時，在輕型電動載具如電動代步車、電動機車以及機車等產業，在國際市場擁有自我品牌及市場，且上、中、下游產業鏈完備，且燃料電池機車市場處於初期發展階段，這將有利於台灣廠商掌握燃料電池機車發展規格。

表3、台灣發展燃料電池車之SWOT分析

資料來源：ARTC整理

國內投入燃料電池技術研發之經費與人才培養，明顯不足於其它主要國家，且投入研發廠商家數少，下游廠商多持靜觀其變之態度，系統整合能力也有待提升，期待政府能明確宣示燃料電池產業的發展政策與應用方向，加速燃料電池的技術發展，如此台灣將有機會領先全球推出燃料電池機車量產化商品，在世界燃料電池車輛產業中扮演舉足輕重的角色。