4.1.1 氫能
化石燃料（Fossil Fuels，如石油、天然氣等）隨著使用量的快速成長，目 前已知的可開採蘊藏可能在半個世紀內或更早告罄，而人類 100 多年來大規模 使用化石燃料，大量的二氧化碳進入大氣層，把地表輻射熱擋在大氣層內，造 成溫室效應引發全球性氣候變遷，因而先進國家對替代能源的尋找轉趨積極，
氫能尤其受到重視。因為氫的來源（水）取之不盡，用之不竭，而且燃燒後的 產物也是水，非常乾淨，絕對符合環保要求。[4.2][4.3]石油終有用盡的一天，
因此必須減少對石油的依賴，而氫是最可行的替代能源，因而有必要建立一個 供需架構使其達到氫能經濟的規模。
氫能看似一片美好，然而在做為主要能源之前，氫能仍有許多問題需要克 服、討論和解決，包括由化合物中分解出氫元素及其更經濟的儲存、運送與使 用方式等，以上每一項都是重要的關鍵技術，在沒有解決之前無法達到所謂氫
能經濟的目標；科學界也有反面的聲音出現，氫能最受爭議的一點便是現階段 必需透過消耗石化能源的方式萃取氫元素，因而對於石化能源的依賴又將更加 深，無法替代石化能源，則所謂的「氫能經濟」可能需數十年才能轉換成功，
故目標訂在 2030 年之後。[4.4]欲達氫能經濟仍有以下議題仍須克服：
4.1.1.1 降低分離氫氣成本
儘管氫無所不在，但是它不是單獨存在，而必須從其他物質中分離出 來。因此，分離氫氣的大筆成本是氫能經濟的最大問題之一。目前有越來 越多的研究都致力於節省氫氣的生產成本，可以朝著利用生化或是生物的 方法來自然地製造氫氣，或者可以利用風力來從水中分離氫氣，以增加生 產效率、並節省成本，若要普及必須大幅度減少生產氫氣的成本到目前的 十分之一左右。[4.5]
4.1.1.2 氫的傳輸
氫能經濟的另一項巨大挑戰就是在安全方面。由於氫氣無色無味，它 的火焰也是肉眼看不見的，如何安全的儲存氫氣在車輛中、以及如何到類 似加油站的地點補充氫氣都是問題。氫（分子）是最輕的化合物，它的沸 點很低，單位重量的體積很龐大，再加上安全問題，運輸的成本非常昂貴。
由於現今氫氣最大宗的用途是化學工業，因此大多就地生產，直接以管線 傳輸供應工廠。管線的材料一般使用碳鋼，但它會和氫發生氫脆（hydrogen embrittlement），有安全的問題，必須嚴加注意。
遠地的傳輸則須把氫氣加壓或液化，然後以特殊的罐裝拖車運送。不 管是以何種方式運送，都需要經過加壓的過程，這是非常耗費能源的。經 過估算，加壓至 80 氣壓的氫氣，含有的能量只有等壓等體積天然氣的三 分之一。一輛能裝載 2,400 公斤天然氣的罐裝拖車，只能載運不到 300 公 斤的氫。液態氫的裝卸容量可以五倍於高壓氫，但液化過程是非常費事的，
而且只適合於短距離的運輸。[4.4]
4.1.1.3 氫的儲存
氫能的儲存是發展氫能經濟最難解的一道難題。氫可以用氣體、液體 或固態化合物三種形態儲存[4.4]：
— 壓縮氫氣：氫氣可以經壓縮後儲存在加壓罐內，氣體的壓縮或液化是 一種很昂貴的過程，壓力可以高至 400 大氣壓，因此需要定期檢查它 的安全。
— 液態氫：氫分子的正常沸點是 20.27K 或攝氏零下 253 度，液化的過 程需要壓縮和冷卻，會用掉很多能源。由於溫度超低，液態氫的儲存 需要特殊的低溫裝置，有些還是以雙層絕熱，外層存有液態氮，以減 少氫氣的蒸發。另一個問題是蒸發氫氣的排放，也需要妥善的處理。
— 固態形式：這並不是指以固態氫的形式儲存。一般是使氫氣吸附在金 屬氫化物上加以儲存。金屬氫化物有很多種，氫的吸附率大多是本身 重量的 1 ~ 2％，有些可以高達 5 ~ 7％。金屬氫化物也會透過化學吸 附的方式吸附其他氣體，但不釋放，因此釋放出來的氫氣是很純的，
惟金屬氫化物會因受污染而使存放壽命減少。
以一部汽車須具有足夠行駛 500 公里的油箱來衡量，氫能不管是以高 壓、低溫或金屬氫化物的方式儲存，都無法和汽油箱相提並論。因此必須 儘快尋找一種質量輕、體積小、價格便宜，而且使用安全的儲存方法，否 則氫能經濟難以推廣，高壓或低溫只適用於特定用途。
4.1.2 燃料電池
燃料電池（Fuel Cell），是一種發電裝置，但不像一般非充電電池一樣用完 就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續充電。根據 Clean Edge 公司預測，
燃料電池世界市場規模將由 2005 年 12 億美元，以年成長率 36﹪快速成長；至 2015 年其市場規模將可高達 151 億美元。Clean Edge 公司的預測，燃料市場未 來將頗具市場規模，值得全球的關注[4.12]。
燃料電池所使用的「氫」燃料可以來自於任何的碳氫化合物，主要分為石 化製氫與非石化製氫，石化製氫包括重組煤、石油、天然氣等石化能源，以取 得大量氫氣；而非石化製氫則是利用太陽能、核能、水力等提供電力，經水電 解反應產生氫氣，或以紫外光並藉由適當的觸媒直接光分解水產生氫氣，目前 預估於未來 2020 年前，仍將以石化燃料製氫技術為主，並建構氫能製造、運輸、
儲存設備及燃料電池。目前已發展的燃料電池多應用於三大領域—運輸工具，
固定式（stationary）發電與便攜式電子產品。
燃料電池尚有一些缺點及瓶頸需要突破，目前燃料系統的選擇與相關技術 的可用性仍無法令人滿意。以成本來說，不但氫氣的製造成本高得嚇人且儲存 成本高於傳統石化燃料的 2-6 倍，根本無法跟傳統發電成本相比，再加上週邊 設備尚未建置，氫氣儲存技術的成本、體積、重量、安全性及消費者接受度都 是不利於技術發展、商品化的因素。
4.1.2.1 提升反應性與穩定性
目前技術的瓶頸在於電池組系統的性能受限於反應性與穩定性。較好 的反應性可以由增加電極活性、提高操作溫度、控制反應氣體溼度與壓力 等方法來達到。提高穩定性則必須避免腐蝕與副反應的發生，以及考慮電 池組各層結構材料的匹配與相容性。而反應性與穩定性常常是有如魚與熊 掌般的不可兼得，視應用場合，設計不同的反應性與穩定性，也因此，系 統的安全性需明確規範，並予以提升。
4.1.2.2 材料問題
現階段儲氫技術有體積大、質量重、安全和充放氣損失等諸多缺失，
尚無法大規模普及化的應用，因此新的儲氫物質之研發是近幾年引發興趣 的議題。
4.1.2.3.氫氣來源問題
目前燃料電池所使用的氫氣的主要來源仍是石化能源，因此燃料電池 未來的發展受到科學界的質疑，擔心氫能並無法替代石化能源，唯有希冀 技術的進步，能於 2020 至 2050 年間，氫氣轉由再生能源供應，否則燃料 電池仍無法提供零污染、低成本、永續來源與穩定安全之氫能與電力。