初探燃料電池產業

壹、前言

燃料電池的發展，在2002年5月初底特律舉辦的G8能源部長會議中引發了會場內外廣泛的討論，廠中所展出的氫燃料電池汽車，更為電動汽車的量產帶來了希望。

由於傳統能源的耗竭及其對環境所帶來的污染，使得新能源電池的開發在近年相當熱門，其中燃料電池在國防及太空工業應用已有初步成果，在其他領域的應用則深具發展潛力。早在阿波羅太空計畫中，就已開發出適用於太空梭能源的氫燃料電池，而近年來氫燃料電池在發電廠的應用也時有所聞。在消費性產品方面，雖然氫燃料電池汽車的開發仍屬初期，但在多家車廠（如General Motors、Ford及 DaimlerChrysler AG's Chrysler Group）積極研發下，也都發展出以氫燃料電池為動力來源的概念車，少數氫燃料電池巴士甚至已在歐洲上路。而未來只要成本能再降低，燃料電池規格能統一，要量產上市並被消費者接受似乎已為時不遠。

在能源技術一日千里的發展下，燃料電池具有取代多數電池的潛力，大型燃料電池可以應用在太空工業、國防工業，小型燃料電池可以應用在汽車工業、3C產業，一但技術突破所帶來的市場規模是難以估計的。大力推展燃料電池的美國密西根州長John Engler更大膽預測指出燃料電池工業產值將由現在的50億美元成長至10年後的1000億美元。在環保法規日趨嚴格及燃料電池技術日益精進的情況下，根據美國Freedonia Group所做的預測，全球市場燃料電池車的比例，將由2003年每千輛車有0.11輛的燃料電池車，成長至2010年每千輛車有1.94輛的燃料電池車。

燃料電池（fuel cell）是利用燃料與氧作用而產生電能的裝置，燃料電池的發展已有60餘年的歷史，剛開始的燃料是以氫氣為主，後來方有以甲醇及其他物質為燃料的電池被發展。廣義來說，電池運作的方式，是由在陽極的進料與在陰極氧透過電解質發生作用，將化學能轉換成電能，且進料在使用上具快速補充特性者，皆可稱為燃料電池。

以氫為燃料的電池至今發展可概分為三代五類，第一代為鹼性型燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）及磷酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）；第二代為熔融碳酸鹽型燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）；第三代為固體電解質型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）及質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrance Fuel Cell，PEMFC），作用原理皆是將富含氫原子的燃料和氧在特殊裝置下的作用化學能轉化成電能，圖一為上述五類氫燃料電池的作用簡示。

圖一：氫燃料電池的作用簡示

資料來源：寶來證券繪圖

除了氫燃料之外，甲醇近年來亦被發展為電池燃料，此類電池被稱為直接甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC），其與上述五類氫燃料電池的相關比較如表一所示。

表一：燃料電池比較表

資料來源：工研院能資所，寶來證券製表整理

由上表可知，各類的燃料電池特點及應用範圍各不相同，但相較於一般電池，燃料電池皆具有以下優點，這也是燃料電池在市場上具取代優勢之處。

• 污染低：燃料電池的產物為水及熱能，皆可回收再利用，並無具污染或有毒物質排出或留下。
• 效率高： 由化學能直接轉換成電能，轉換效率高（較內燃機發電效率高2至3倍）。
• 用途多：燃料電池可以模組化以擴充其使用功率，大型燃料電池可以應用在太空工業、國防工業，小型燃料電池可以應用在汽車工業、3C產業。
• 免充電：一般二次電池再次使用必須長時間充電，燃料電池可在短時間補充燃料來提供電力，減少充電時間等待的不便利性。
• 進料廣：只要含有氫原子的石化能源如天然氣、石油、煤炭、沼氣、酒精及甲醇等，經過適當的前處理後，都可作為燃料電池的能源進料。
• 噪音低：無複雜的機械運轉設計，低噪音。

由於太空工業及國防工業的需要，美國仍為燃料電池發展較為快速的國家，在美國，燃料電池從上游的燃料及零組件到下游的電池應用概約如圖二所示，產業鏈甚為完整。

圖二：美國燃料電池產業上下游概況及所包含公司

資料來源：寶來證券整理製圖

除了能源公司有發展燃料電池的計畫外，亦有大型汽車公司（如General Motors、Ford及 DaimlerChrysler AG's Chrysler Group）投下數十億美元進行燃料電池的專案研究，並已展現優異的研發成果。

在股價方面，大型燃料電池公司如Ballard (BLDP)、United Technologies (UTX)及FuelCell Energy (FCEL)等公司，從2001年911事件後股價上漲的幅度均較Nasdaq指數為大，近期回檔後的各股指數表現亦打敗Nasdaq指數（圖三），顯示投資人對於電池產業一般仍抱有較大期望。2002年5月9日至11日在美國北卡羅來納州將舉辦的美國燃料電池會議U.S. Fuel Cell Council (USFCC)，有優異發展成果發表的個別公司，其股價應較近來沉悶的大盤有較佳的表現機會。

圖三：2001年911後大型燃料電池公司股價與Nasdaq指數比較

資料來源：bigcharts.com

除了學術單位及工研院，台灣目前發展燃料電池的民間廠商有亞太燃料電池科技、異能科技及世鋅科技，分別簡述如下。

• 亞太燃料電池科技：2000年成立，資本額1.04億，主要從事氫燃料電池開發工作，目前和國內的電動機車商已開始進行合作，新車預定2002年底上市，其重量將比現有電動機車輕，續航力也比現有電動機車強。而在能源補充方面，更換儲氫筒只要數分鐘，亦比現有電動機車充電需時4到6小時方便許多，惟電池成本過高為將來需突破之瓶頸。
• 異能科技：1999年成立，資本額7.01億，是由中環、大眾電腦、信大水泥、誠信開發與美國eVionyx公司所共同投資成立，異能科技目標在發展電動機車用的鋅燃料電池，並與國內光陽等主要機車製造商及國外知名業者有接觸，預計2002年下半年開始量產，並達成年度損益平衡。
• 世鋅科技：2001年成立，資本額1500萬，由兩龍科技公司改組而來，與異能科技一樣，發展的是鋅燃料電池，預計2002年下半年才開始量產，由於公司規模較小，公司產品仍屬發展原型階段，量產規模及進度不及異能科技。

燃料電池發展在國外已行之有年，因此國內在發展相關技術應用上應避免與國外大廠正面衝突。以我國機車工業及3C產業所具有的製造優勢，電動機車、電動代步車及3C產業所使用的燃料電池，將是相關業者可以切入的利基市場產品。

• 成本高、體積大、燃料前處理複雜是目前燃料電池急需克服的主要瓶頸，一但技術發展突破，將是一場重要的能源革命。
• 電動機車、電動代步車及3C產業所使用的燃料電池，將是國內相關業者可以切入的利基產品。質子交換膜及直接甲醇型燃料電池為較適合應用在上述產品的燃料電池。鋅燃料電池因可利用鋅材料補充及充電來恢復電力，國內已有業者（異能及世鋅）展開相關研究。
• 政府相關政策法規及補助是燃料電池發展的關鍵因素，雖「新興重要策略性產業屬於製造業及技術服務業部分獎勵辦法」明定燃料電池為適用技術之一，但政府在主動出資推廣上仍顯不足。行之多年的電動機車補助也於日前喊停，對於國內應用於電動機車燃料電池的發展將是一項打擊。機車為國內具生產基礎的產業，在能源運用及環境保護的考量下，亦是將來全球發展的趨勢，電動機車的相關零組件（含燃料電池），應是政府重點輔助且全力發展的產業。
• 本文為燃料電池的概況介紹，關於其細分類、個別運用及相關公司，另將專文論述。