基於氫元素可以自純水獲取製備的物理特性和氫元素可以氧化而釋出電子的物理特性,現代工業極力希望增加對於氫元素的利用。在能源科技產業中,氫氣氧化燃燒後所釋放出的殘留物為水,並且氫氣的能源轉化效率極佳,故被視為未來綠能的重點發產技術指標,當世界各國配合ESG (Environmental, Social, and Governance) 永續發展的同時,氫氣能源的發展與使用更是受到了全球的注目。雖然氫氣被視為一種綠能,但是氫元素在不同技術產業皆帶來了相同的挑戰,那就是氫元素對於材料的侵蝕,簡稱氫蝕,其中一種結果就是由氫元素侵蝕金屬材料而所產生的氫脆 (hydrogen embrittlement) 現象。當金屬晶格中出現了打破晶格規律性的氫元素時,金屬可承受應力的程度就會下降,進而增加可能受力而出現脆裂的可能性。因此,在冶金產業的冶煉金屬材料過程中,鋼錠需要經過烘烤加熱與在真空爐中退火除氫的處理,以盡量降低金屬材料中殘留的氫元素。
在各產業近乎都會使用到金屬製品的情況下,氫蝕也對精密工業帶來了技術上的難處。雖說氫蝕的過程緩慢,但是目前各產業尚未有可以完全根治此問題的技術方案,僅能盡量降低金屬材料中殘留的氫元素和給予金屬器件使用上的安全時限。對於精密電子業來說,在超高真空系統中,受到氫蝕的金屬材料會持續少量釋出氫氣,進而影響真空品質和影響精密電子業的製造流程。藉由對真空腔體執行烘烤,受到加熱的真空腔體可以較快速的排出鋼材內的水氣與氫氣,以盡量降低真空系統中所殘留的氫元素。自真空系統中排出氫氣的難處在於,質量最小的氫元素,即便是以氫氣的分子態存在於真空系統中,相對於其他元素還是會有著最高的移動速度做隨機 (Stochastic) 運動,因此較難以受到一般機械真空幫浦的抽出。例如,一個真空腔體上渦輪分子幫浦的葉片係無法令高速移動的氫氣分子產生定向往抽氣管線移動離開的動能,因此抽除氫氣分子的效率較低,需要更長時間的抽氣作業以確保盡可能抽除氫氣與水氣。
在汽車領域,各國政府為了解決空汙問題和提高能源轉換效率,紛紛將目光投向了協助汽車工業提供氫能的技術方案。在媒體的鎂光燈之下,安全傳輸、存儲和使用氫氣的技術皆需要考慮到氫蝕問題。當氫蝕問題能夠找到根治的技術方案時,氫氣即能夠在更可控制的環境下受到利用。
為了解決金屬材料受到氫蝕的問題,台灣的學者一直不斷地默默耕耘。舉例來說,臺灣大學材料科學與工程學系暨前瞻綠色材料高值化研究中心學者們於近年來提出了以碳化物晶體缺陷工程發展氫脆禦抗策略的技術前瞻,並且此研究成果於2024年1月刊登於Nature Communications的國際學術期刊上。例如,中華民國防蝕工程協會的學者們也撰寫了氫氣對金屬材料之破壞及在能源工業問題之學術文章,介紹了能源工業面臨氫脆的技術問題與對策。又例如,台灣公告專利號TWM662275U公開一種大型金屬工件表面防氫脆複合塗層結構,利用複合塗層結構防止金屬受到氫元素侵蝕。
由上可見,無論是大學學術研究方、工程協會方、或是專利申請的創作方,台灣各界其實一直以來皆試圖解決氫蝕問題。做為走在ESG永續發展政策前端且同時位處於重要政經樞紐的能源業者們,可結合台灣學界一同解決氫蝕問題,並且一併配合專利的保護,在提出新技術方案的同時、配合專利的部署強而有力的步入國際能源的市場,進而以技術提供者的角度在國際能源市場上站有一席之地。只要齊心合作,開啟跨領域的溝通橋樑,即能確保專利技術的發表與學術研究成果一起並進,而免於學界的技術研究能量隨著學術文章公諸於世而無償成為了他國產業的養分,以將氫能產業的技術能量透過專利的保護而留根於台灣。
在各產業近乎都會使用到金屬製品的情況下,氫蝕也對精密工業帶來了技術上的難處。雖說氫蝕的過程緩慢,但是目前各產業尚未有可以完全根治此問題的技術方案,僅能盡量降低金屬材料中殘留的氫元素和給予金屬器件使用上的安全時限。對於精密電子業來說,在超高真空系統中,受到氫蝕的金屬材料會持續少量釋出氫氣,進而影響真空品質和影響精密電子業的製造流程。藉由對真空腔體執行烘烤,受到加熱的真空腔體可以較快速的排出鋼材內的水氣與氫氣,以盡量降低真空系統中所殘留的氫元素。自真空系統中排出氫氣的難處在於,質量最小的氫元素,即便是以氫氣的分子態存在於真空系統中,相對於其他元素還是會有著最高的移動速度做隨機 (Stochastic) 運動,因此較難以受到一般機械真空幫浦的抽出。例如,一個真空腔體上渦輪分子幫浦的葉片係無法令高速移動的氫氣分子產生定向往抽氣管線移動離開的動能,因此抽除氫氣分子的效率較低,需要更長時間的抽氣作業以確保盡可能抽除氫氣與水氣。
在汽車領域,各國政府為了解決空汙問題和提高能源轉換效率,紛紛將目光投向了協助汽車工業提供氫能的技術方案。在媒體的鎂光燈之下,安全傳輸、存儲和使用氫氣的技術皆需要考慮到氫蝕問題。當氫蝕問題能夠找到根治的技術方案時,氫氣即能夠在更可控制的環境下受到利用。
為了解決金屬材料受到氫蝕的問題,台灣的學者一直不斷地默默耕耘。舉例來說,臺灣大學材料科學與工程學系暨前瞻綠色材料高值化研究中心學者們於近年來提出了以碳化物晶體缺陷工程發展氫脆禦抗策略的技術前瞻,並且此研究成果於2024年1月刊登於Nature Communications的國際學術期刊上。例如,中華民國防蝕工程協會的學者們也撰寫了氫氣對金屬材料之破壞及在能源工業問題之學術文章,介紹了能源工業面臨氫脆的技術問題與對策。又例如,台灣公告專利號TWM662275U公開一種大型金屬工件表面防氫脆複合塗層結構,利用複合塗層結構防止金屬受到氫元素侵蝕。
由上可見,無論是大學學術研究方、工程協會方、或是專利申請的創作方,台灣各界其實一直以來皆試圖解決氫蝕問題。做為走在ESG永續發展政策前端且同時位處於重要政經樞紐的能源業者們,可結合台灣學界一同解決氫蝕問題,並且一併配合專利的保護,在提出新技術方案的同時、配合專利的部署強而有力的步入國際能源的市場,進而以技術提供者的角度在國際能源市場上站有一席之地。只要齊心合作,開啟跨領域的溝通橋樑,即能確保專利技術的發表與學術研究成果一起並進,而免於學界的技術研究能量隨著學術文章公諸於世而無償成為了他國產業的養分,以將氫能產業的技術能量透過專利的保護而留根於台灣。