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交通大學校友會 NCTU Alumni Association
交通大學光電系以鈣鈦礦光伏元件回收室內照明光 為地球節能減碳，成果獲刊能源材料期刊《Advanced Energy Materials》。
交通大學光電系陳方中教授領導研究團隊，利用新興鈣鈦礦材料製作光伏元件，回收室內照明光能量，團隊以理論計算評估後發現，最高可回收近六成的室內照明能量，為節能減碳目標指引出明確研究方向。鈣鈦礦光伏元件的高效率與低成本特性，也可運用於物聯網的低功耗感測器或致動器之上。此研究成果「以能帶間隙工程提升混和陽離子鈣鈦礦於室內光伏應用的性能(Bandgap Engineering Enhances the Performance of Mixed-Cation Perovskite Materials for Indoor Photovoltaic Applications)」在10月4日刊載於國際權威能源材料期刊《Advanced Energy Materials》，並獲編輯青睞選為當期封面內頁。
室內照明一向是家庭用電的主要耗電來源，因此對發展低碳以及碳平衡的未來建築來說，如何降低室內照明的耗電或回收能源損耗成為重要的課題。現今常用的矽太陽能電池，在弱光或室內光照明下的表現並不優秀，因此不論是家庭用電或是物聯網應用，全世界的科學家都不斷尋求永續性的解決方案。陳方中教授研究團隊的成果即明確指出有適當能帶間隙的太陽能電池，將有機會回收大量室內照明的能耗。
陳方中教授表示，此項研究成果有兩個非常重要的訊息。第一是目前世界上對於以光伏元件回收室內照明能量的研究並沒有明確指引，像是瞎子摸象，因此團隊套用1960年代對於太陽能電池效率的理論計算，也就是現今已被太陽能電池研究界奉為圭臬的蕭基-奎伊瑟極限(Shockley-Queisser limit)理論於室內光源(如螢光燈管或白光發光二極體)，得到最佳半導體的能帶間隙理論值，此結果明確指出常見的矽太陽能電池的能帶間隙在室外太陽光照射下的應用情境是非常合適的，但對於室內應用情境卻不是好的選擇。其次，新興的鈣鈦礦太陽能電池的優點之ㄧ是非常容易能調整能帶間隙，因此團隊藉由控制鈣鈦礦材料的成份，將能帶間隙加大，確實發現在室內照明下有較高的效率，驗證了預測結果。
對於未來的展望，陳方中教授樂觀指出，目前僅是驗證團隊研究方向是正確的，如何把能帶間隙最佳化但仍維持電池的高效率是團隊下一步的挑戰，未來達成50%能源回收效率的目標指日可待。
研究團隊表示，這項研究成果是團隊每位成員日以繼夜的努力，特別感謝科技部、教育部新世代功能性物質研究中心計劃的補助，以及交通大學在經費與空間上的支持。
相關網頁連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/16146840
媽媽監督核電廠聯盟
日本在綠氫能源上的發展（08/26/2021 風傳媒）
氫將是人類最清潔的燃料，其燃燒只產生水而不排碳，由於這種對環境的友好性，氫被稱為「完美能源」或「未來能源」。
氫廣存於地球之中，其能源密度極高，且可以氣態、液態及固態的氫化物呈現，以適應各種運儲方式及應用環境的要求，和化石能源相比，其製取更為方便，不受地區因素的限制，也不會因資源分布不均而引發地緣政治風險，通過可再生能源製氫，將促成碳中和的實現。
作者：胡僑華
太陽能製氫是前景最好的製氫法
目前以化石燃料做為主原料的煤氣轉化法占全球氫製備總量的95%，而以電解水製氫的的比率不足5%，以太陽能製氫的比例更小。其實以太陽能製氫已有40年的的發展歷史，被認為是最有前景的製氫方法之一，值得繼續努力研發。
當今全球在建的以可再生能源製氫項目總計80GW（1GW = 100萬千瓦），在2020年新增的項目即達50GW，就像過去十年風能和太陽能的價格成倍下降， 一旦形成規模效應，即大幅降低其LCOE成本（Levelized Costof Energy，均化能源成本）。
日本百年老店──電氣產品製造商東芝集團（Toshiba）正在全球布置此具「未來能源」之稱的氫能，並以大規模可再生能源製取綠氫，做為碳中和時代的解決方案。
放眼全球，日本是近年來最熱衷發展氫能的國家之一，利用碳捕獲（CCS）實現平價化石燃料的脫碳製氫，以及可再生能源製氫，對能源自給率甚低的日本而言，用零排碳的可再生能源以製取清潔、高效且較易儲運的氫能，無疑是「後福島時代」得以兼顧能源安全和碳中和目標的理想選擇。
早在50年前東芝就開始做氫能方面的研發，當時日本的氫路線是烴類或醇類重整製氫，但現在零碳的理念下，近10年已全面提升氫能體系。例如東芝燃料電池體系全部都是純氫製備，其燃料電池系統H2Rex 在日本國內已累計交付了100台以上，這種100KW的模塊化單元，可根據需求做靈活組合，啟動後不及5分鐘時間，高效管道或儲槽中的氫氣轉化為電能和熱能。
從製氫到氫利用的全程實現了零排碳
以東芝的新氫能綠合中心為例，利用太陽能電解水製備氫氣，並直接將其應用於東芝的府中工場的燃料電池驅動叉車（Fork lifter）上，不但叉車運轉不排放二氧化碳，且因利用可再生能源作為製取氫能的燃料，從製氫到氫利用的全程實現了零排碳。當突發災難時，這套小型分布式能源亦可大顯身手，做為一條生命線為300名受災群眾提供一週所需的電力和熱水供應。
綠氫雖有諸多優點，但在全球範圍內仍為成本高居不下所困擾，在日本要靠政府的政策來支持。此外光伏、風電仍存在間歇性問題，且因電網調峰要求甚大，導致棄風、棄電的狀況經常發生，若將這部分電力轉換為氫能儲存起來，需要時再予釋出，成為最理想可靠的結合。亦即可再生能源與電解質製氫技術綑綁在一起，製造出完全的綠氫。
在日本國立新能源產業技術綜合開發機構NEDO（New Energy and Industrial Technology Development Organization）的帶頭下，東芝與另外兩家日本企業合作的福島氫能研究基地（FH2R）已於2020年成立。東芝在該領域所長的是對電力系統、電子設備及控制系統的深入了解，及對氫的長期技術累積，目前正與上游製氫企業研討合作。
在氫能起動階段，東芝呼籲政府對全行業給予政策支持，鼓勵更多企業參與氫能產業鏈的完善，並儘早明確氫能使用的法律及規範，在此前提之下，氫能成本才能隨著規模效應而快速下降。
氫能成本的下降有賴於一個足夠大且高速成長的下游市場，東芝正在推動純氫能燃料電池系統H2Rex儘早應用於日本及中國市場，使其成本符合市場潛在的需求，並聯合中國合作夥伴一起開拓市場。
福島事故讓東芝不得不脫鉤核能
實際上東芝對於 「終極能源解決方案」的認知，在福島核能事故之後，出現了徹底的轉變，東芝曾是全球核能領域的重要領先者，旗下擁有歷史戰績輝煌的美國西屋電氣公司。但2011年發生的福島核能事故，使全球核電技術放緩，建造成本陡增，西屋電氣申請破產保護等諸原因，東芝最後選擇脫鉤核電資產。
2020年10月日本首相菅義偉在臨時國會上發表施政演說時宣布，日本將爭取在2050年實現溫室氣體净零排放，這標示做為全球第三大經濟體及第五大排碳國的日本，在氣候議題上的立場有了巨大的轉變。
日本的溫室氣體排放中，至少有80%來自能源範疇。二氧化碳零排放並不是最近才有的呼聲，早在〈京都協議書〉及〈巴黎氣候協定〉且更早以前，就進行了與此相同的探討。
福島事故改變了全球滅碳的思路，2011年之前，日本及歐洲都將低碳發電目標寄望於核能，但現在已轉變為寄望於可再生能源的發展。除了氫能之外，東芝還有其他頗具競爭力的的能源業務和碳捕獲及儲存技術，可以根據不同地區的條件與與特徵，進行靈活的組合，無論在水電領域、光伏領域及地熱領域，均處於世界領先的地位。
該項目建有全球最大的利用可再生能源的10 MW（1萬千瓦）級製氫裝置，正在驗證清潔低成本的製氫技術，在此所產生的氫氣不僅使用為平衡電力系統，還為固定的氫燃料電池系統，及移動的氫燃料電池車輛（汽車、巴士）等提供動力源。
日本的綠氫發展可供台灣借鏡，台灣現行的可再生能源發電占比僅20%，卻以進口液化天然氣以支持50%的氣電 ，與其如此，不如投資於光源充足的澳洲建立液化綠氫廠，並進口台灣以取代LNG（主成分為排碳的甲烷）以供發電，達成低碳及無排碳的能源承諾。
本文作者胡僑華為工程專業經理人
完整圖文內容請見：
https://www.storm.mg/article/3875207mode=whole
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