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日本佈局了30年,準備在落後的能源技術上彎道超車,新一波能源革命正在醞釀!

窮奢極欲 | 時政類 | Jul 18, 2021

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作為世界第三大經濟體的日本,過去一個多世紀以來,憑藉石油、天然氣和煤炭建造出完整的工業體系;但如今日本正加足馬力,把一大部分的能源需求轉化為更加清潔的能源- 氫能。

以前氫能一度被認為成本過高以及效率過低,因此這樣的抉擇對日本工業體系來說,無疑是一場大賭注。但若回頭思考日本為何要發展氫能源,其一是因為日本天然資源稀缺,石油、煤炭及液化天然氣都依賴進口。儘管成為先進國家,但攤在眼前的是因為資源仰賴進口的原因,工業命脈的脆弱度與中國及美國是無法比較的。

首先,日本人口密集,能源消費量大,資源匱乏,災難頻發,為保證能源安全,尋找新型替代能源成為日本能源發展的唯一出路。作為世界先進的工業國家,日本一直以來資源都相當匱乏,但日本能源消費量卻居於世界前列,石油、天然氣的進口均在世界前3位。原油、天然氣、煤炭的對外依存度分別為99.6%、96·1%和93·9%。截至2016年,日本的能源自給率只有8%左右。在日本311核災前,2010年的日本電力結構為核能佔30%、石油佔8.68%、天然氣佔28.58%、媒炭佔24.68%,而大型水力與再生能源佔8.5%。由於核能以其他能源相比,有自主性高、成本低、二氧化碳排放量低等優點,故日本在核災之前,將核電看成自主能源的重點,並於2010年制定計畫,預計將未來的核電比率擴大到45%,成為電力組成的主力。但311核災爆發後,日本發現無法再依靠核能,所以儘管核能仍佔一定比例,但將其比例從原本規劃的45%降至20%。

因此,日本再次把目光放到過去已經累積一定技術的氫能。然而,與其他國家不同的是,日本著眼氫能源的用途並不只是在車用而已,而是希望能廣泛應用在日常生活中,與電力、熱力一樣,構成國內二次能源的三大支柱。簡單來說,就是把「氫」普及到像自來水一樣,貫穿全日本衣食住行各方面。試著構築「氫能社會」,這也成為日本能源發展戰略的重中之重。

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日本在氫能領域上可說是佔據全球領先地位,1973年當時第一次石油危機爆發,日本感受到能源安全對國家、經濟和社會生活的重要性。同年日本成立的「氫能源協會」,以大學研究人員為中心,開展氫能源技術研發,氫能源與燃料電池的發展從此拉開了序幕。1981年通產省啟動「月光計畫」,開始著手研發氫燃料電池,並於每年投入固定經費,維持氫能源相關應用與技術之研發工作。1990日本豐田、日產和本田汽車廠開始研發燃料電池車,與此同時,三洋電機、松下電器與東芝公司則開始研發家庭燃料電池,並於1993年由新能源開發機構領銜(New Energy Development Organization, NEDO) 成立為期10年的「氫能源系統技術研究開發」項目。直到2002年,日本豐田及本田兩家車廠首次向政府交付燃料電池汽車(數量未知),成為了首款氫能展示車。2005年起,日本新能源開發機構展開大規模實際應用研究燃料電池的長期研發計畫等,日本同時也在這一年啟動了一個極具野心的計畫- 在橫濱建立氫能城市;但因為當時的技術水準與社會接受程度不足的關係,氫能城市的嘗試持續了沒多久就宣告結束。

儘管如此,日本人仍未中斷氫能的研發。在2008年,日本燃料電池商業化協會(GCCJ)制定出2015年向民眾推廣燃料電池車輛的計畫;因此安倍晉三在2013年發布《日本再興戰略》,宣佈氫能源成為國家重要發展領域前,日本其實已經在氫能領域深耕30年,技術與產品已在日本國內累積一定成果,但要等到2014年,氫能才正式進入商業化的領域。2014年4月,日本制定出「第四次能源基本計劃」,明確訂定了加速建設和發展「氫能社會」的戰略方向。同年6月,日本經濟貿易產業省成立的氫能燃料電池戰略協會對外公佈了《氫能燃料電池戰略發展路線圖》,裏面詳細規劃了日本三階段達成的「氫能社會」的藍圖。

第一階段是到2025年時,要能快速擴大氫能適用範圍;第二階段是2020年代中期到2030年底,全面引入氫發電和大規模氫能供應系統。而在《日本再興戰略》中也同步規劃2030年要達到普及家用定置型燃料電池的目標;那最後一階段,就是從2040年開始,日本要建立二氧化碳供氫系統,實現零排放。

2014年11月豐田名為未來(Mirai)的車款在美國亮相,是全球首部商售的氫氣燃料電池汽車,正式開出氫能商用化的第一槍。同年12月,未來車款於日本上市,售價約6.05萬美元,而日本政府也規劃以每台補貼1.8萬美元左右的方式支持量產燃料電池車。

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與此同時,日本也開始積極拓展氫能國際合作,加速氫能社會的建構速度。日本規劃了雙軌並行的製氫方向,第一是從海外進口廉價氫氣,第二是透過國內可再生能源製氫。當2014年日本提出建構氫能社會的同時,日本川崎重工就注意到了澳洲地下大量的低品質煤炭「褐媒」,打算透過這些無用處的褐媒提取氫氣,先冷卻到零下253度,製成液態氫,再利用專用的輪船,像運送液態天然氣一樣輸往日本。就這樣,2019年12月11日,全球首艘液態氫載運船「Suiso Frontier」(是日本「水素」的羅馬拼音,為氫的意思),於日本川崎重工業神戶工場進行了下水儀式,是全球第一艘專門設計用來運輸氫的船隻。從2021年開始,澳洲向日本運送氫氣,而神戶機場的人工島,也為此興建了液態氫的接收基地。川崎重工更希望在2030年能夠建造另外兩艘運氫船,將22.5萬噸氫運往日本,每年足以為300萬輛燃料電池汽車提供10000公里的動力。

另外,千代田化工則利用在海外開採油田時捨棄的燃氣來製造氫氣。為了向日本運輸氣態氫,該公司甚至研發出了「SPERA氫」技術,利用甲苯吸附氫氣,讓氣態氫能夠在常溫、常壓下進行大量運輸。而日本國內也開始加速建造氫能基礎建設,2017年時,日本公共加氫站的數量僅有91座,但到了2020年底時,日本加氫站的數量已經來到了145座了,數量為全球最高;更規劃2030年要達到900多個加氫站的規模。預計2050年開始,整體經濟效益將超越加油站,並逐步取代加油站。

儘管外界普遍認為日本正在豪賭,但這真的是豪賭嗎?根據《2021年全球氫燃料站市場》的報告內容,全家加氫站近年正快速成長中,目前加上日本,已經有33國加入加氫站的佈局,一共有584座加氫站。除了日本本來就領先外,全球成長最快的就是中國,中國的加氫站數目在2020年已經超過100座了。在向來強調清潔能源的歐洲裏,德國也已經有百座的數量,顯示這是一個不斷成長的趨勢。該份報告推算,到了2035年時,加氫站數量將成長為現在的14倍,涵蓋美國、西歐中國、日本和南韓的大部分地區,也代表著氫能普及商用化速度將越來越快。

正因為已有大量基礎建設的因素,日本市場調查機構富士經濟在最新的燃料電池車世界市場分析中,提出了前所未有的預測:稱2030年燃料電池車的市場將比2019年成長44.7倍,擴大至190.53億美元的規模,並且逐步普及至家用車層面。目前推算較快普及的項目其實是在燃料電池貨車與巴士上,報告認為這類車型先行普及是因為通常路線固定且距離較長,所以導入燃料電池的效益更佳,因此當氫能基礎建設持續擴建時,這類用車會會是首先普及的。

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在家庭燃料電池系統方面,預計2030年市場規模可望比2019年成長18.5倍,整體市場擴大至的447.5億美元。另外,日本家庭燃料電池系統的成本也在穩定下降中,這系統在日本叫做Ene-Farms,體積等於冰箱大小,是透過城市瓦斯管線來運輸氫氣,主要製造商為松下電器、東芝、東京瓦斯及長府。日本當局是從2005年開始推動家庭燃料電池計畫,在2005至2009年建置3300套家用燃料電池示範項目,並於2009年進行大規模商業化。一開始推出時成本過高,市場難以接受;但到了2016年度,家用燃料電池PEFC(固體高分子型)和SOFC(固體氧化物型)標準機的售價已分別降為1.02萬美元和1.22萬美元,是剛推出的一半,估計未來還會進一步下降。至2017年,日本安裝家用燃料電池系統的數量已達20萬套,到2019年時,裝置量突破30萬套,顯示日本氫能在各方面都朝正向發展當中。

而在即將舉辦的日本東奧上,日本政府在東京五丁目選手村(Harumi Flag)的部分配置中,也採用氫能燃料電池,用來為照明和冷氣系統發電。甚至還有由氫能驅動的巴士,接送遊客往來選手村到東京多個地點,這不僅象徵著東京政府對氫能未來的信念,還有日本政府在國際氫能商業化潮流的野心。隨著氫能普及,日本或將成為未來最強的龍頭,如日本真能落實「氫能社會」,更有可能掀起新一波能源革命。

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