一切攏是為了銥！綠氫替代催化劑 只為突破燃料電池的成本瓶頸
記者：Alegna 圖：VSParticle、Hyundai、MB 2025-10-23 | |
氫燃料電池被視為電動車未來最受期待的選項之一，然而推廣過程中卻有太多亟待解決的阻礙；除了車輛儲氫設備會佔用空間與增加重量，遠比充電站更稀少的氫氣補充站也限制了車輛可用的範圍，而另一個更多人忽視的，就是綠氫的供應存在一個重大隱憂，關鍵就在於銥金屬。
▲為了解決銥金屬帶來的綠氫製造成本高昂問題，業界研發新技術以推動燃料電池在未來普及的可能性。
燃料電池倍受推崇的原因，是因為它利用氫氣和氧氣在電池內部發生電化學反應，將化學能直接轉化為電能，除了水和熱之外，沒有其他副產品。設備中需要的氫氣，傳統都會以「蒸汽重整」的技術獲得，也就是將高溫水蒸氣與天然氣中的甲烷反應，這種製氫方式效率高、成本低，但每製造1公噸氫氣會排放約9~12公噸CO₂，所以一般將這種方式產出的氫氣稱為「藍氫」。為了確保真正的綠能，燃料電池車所需的氫氣必須採用成本較高、效率較低的「綠氫」，也就是以太陽能、風力等再生能源供電，進行電解水反應產生氫氣。
▲傳統電解設備中的催化塗層必須高度仰賴銥，耗時、複雜又昂貴。
製造綠氫常採用質子交換膜(PEM)電解槽，利用電能將水分解為氫氣與氧氣。為了提高反應效率，系統必須使用催化劑。然而，由於PEM電解槽在高壓、高溫且強酸性的環境中運作，僅有少數貴金屬能在此條件下維持穩定並具高活性；譬如陰極(產生氫氣)會使用鉑(Pt)為主的催化層，而陽極(產生氧氣)則會採用銥(Ir)氧化物。銥是目前已知在酸性條件下能長期運作、同時具高效能的氧氣析出反應催化劑之一，因此在PEM電解水製氫技術中幾乎難以取代。
▲Hyundai汽車對於生產氫燃料電池電動車相當有經驗，不過想要普及推廣這種新能源，還是需要基礎設施與成本控制符合大眾期待才可能有進一步的發展。
然而，銥每年全球的年產量僅約7公噸，主要開採國集中在南非、俄羅斯和辛巴威，單位價格甚至比黃金還要貴(銥的國際市場交易價格大約落在每公克140美元左右)。若政策依照各國計畫擴張，銥的需求量估計每年約需要3公噸，幾乎是全球開採量一半，在沒有配合大幅提高銥的使用率及回收率的前提下，很快就會面臨供應短缺的問題，價格勢必持續飆漲，連帶也會嚴重影響燃料電池車的普及與推廣。另一個觀點是，燃料電池雖然淨零無碳，但開採銥礦過程卻會大量排碳，無論從成本或綠能的角度都缺乏說服力。
▲氫燃料電池電動車尚在爭取成為主流的道路上。照片為德國漢堡警方所採用的GLC F-Cell警車，同時搭載燃料電池及電池的作為混合動力。
這也是為什麼有不少企業開始研究，如何在兼顧環保、不完全倚賴銥的前提下製氫，同時也要避免整個產業像稀土一樣遭到生產國一手控制，進而推動燃料電池成為電動車真正的主流。
▲VSParticle新技術降低對於銥的依賴，同時也降低了製氫設備的成本。
為了解決這個難題，日本Panasonic公司開發出可完全不使用銥的製氫電極技術。該技術是在製氫設備上使用微細化到奈米級的鎳和鐵化合物，透過多層堆疊結構實現與銥氧化物相近的催化活性與耐久性。這項新突破不僅有助於降低製氫成本，也能減少對稀有金屬供應鏈的依賴，不過實際量產可能必須等到2030年。另外，日本理化學研究所和Toshiba也都有大幅減少9成銥使用量的新技術，盡可能降低製氫設備對於銥的高度依賴性。
▲VSParticle研發基於火花燒蝕和撞擊的替代蒸汽技術用來製造催化劑塗層，可大幅降低製氫過程耗費成本。
而荷蘭的科技公司VSParticle對此也提出解決之道，他們在奈米多孔催化劑塗層技術方面取得突破，研發出基於火花燒蝕和撞擊的替代蒸汽技術用來製造催化劑塗層，可將質子交換膜電解槽所需的銥材料從原本的1至2毫克，大幅減少至0.1毫克，讓製氫成本降至每公斤2.30美元，比起傳統電解製氫4~7美元更低，已經很接近蒸汽重整技術的1~2美元。VSParticle這項技術目前尚在測試中，如果一切順利，最快2027年就能投入量產。
