NTC 熱敏電阻
以電子元件的力量支持棄用化石燃料的轉型
加速燃料電池和電解設備等基礎設施的建設，以支援氫能源的利用
在利用可再生能源的同時，氫能源的利用也扮演著重要的角色（圖 1）。
消費者接觸氫的機會幾乎僅限於偶爾看到燃料電池汽車 (FCV) 或燃料電池公共汽車。然而，氫作為渦輪機、發動機、鍋爐等的高輸出功率源或熱源，已經成為工業界去碳化努力中不可或缺的一部分。在流動性領域，去碳化的努力主要圍繞採用電動汽車 (EV) 作為乘用車，但在對未來大型商用車輛（如必須長途運行的公共汽車或卡車）、農業機械、建築設備和飛機（包括無人駕駛飛機）以及船舶的研究中，氫的使用擔當了關鍵的角色。
因此，全球許多國家和地區都在推行各種政策和專案，以擴大氫能的使用範圍。
提升負責擴展、管理和控制氫利用的電氣和電子系統的複雜性是關鍵所在
概括來說，氫能源可望以兩種方式加以利用。
首先是直接使用燃燒氫氣所獲得的熱能。安全、高效地使用氫作為渦輪、發動機、鍋爐等的燃料的技術開發已經在進行中。第一種方法適用於需要較大輸出的應用。
第二種是使用燃料電池將氫的化學能量轉換為電力。所涉及的化學反應與電解水的基本反應相反，這在學校的科學課上已經很熟悉。大氣中的氫和氧被轉換成水和電力。
這種方法通常適用於使用較低輸出的應用。從實際限制來看，單個燃料電池的輸出可用作公共汽車等車輛的動力來源。此外，當氫氣轉換成電力使用時，控制輸出比氫氣燃燒時更容易，因此第二種方法也用於需要精確驅動控制的應用。
為了以有效、高效、穩定的方式利用氫氣，並使氫氣能被應用於各種不同的使用情境中，管理和控制氫氣適當利用的電氣和電子系統必須彼此互通。例如，與氫的生產、儲存、分配和使用相關的設備配套的元件包括穩定電源供應器、電源轉換器、感測器和噪音抑制電路。此外，隨著氫能利用率的擴大，這些技術也需要變得更加複雜。
可再生能源與氫能源相輔相成
儘管不同類型氫的化學成分相同，但用作能源的氫根據其生產方式可分為三種類型（圖 2）。它們分別是 「灰色氫氣」、「藍色氫氣 」和 「綠色氫氣」。每種氫氣對去碳化的貢獻程度不同。
*此連結頁面為日文。
生產灰氫的原料是化石燃料，例如煤炭和天然瓦斯。氫也可以作為石油提煉或鋼鐵廠生產焦炭的副產品而獲得。它也可以透過化學或熱處理進行重整而產生。一個熟悉的例子是家用燃料電池 (ENE-FARM 系統)，它使用由城市瓦斯產生的灰氫氣。然而，由於灰氫的製造過程會產生 CO2，因此不能說它直接有助於脫碳。相比之下，藍色氫氣的生產方式可確保生產過程中產生的 CO2 不會釋放到大氣中。用於生產它的系統包括回收、儲存和使用所產生的 CO2 的機制。這樣可以減少 CO2 排放，但回收、儲存和使用 CO2 也會帶來相應的成本。
另一方面，綠色氫氣是利用陽光或風力等可再生能源作為電力來源，透過電解從水中產生。使用綠色氫氣，可將二氧化碳排放量降至零。此外，由於太陽能等發電方式是不穩定的發電方式，因此適用於需要儲存剩餘電力以供日後有需要時使用的應用。採用電池的大容量能源儲存系統 (ESS) 也用於此類應用，但綠色氫氣被視為適合用作需要大儲存容量的情況、工廠、資料中心等的緊急電源。
可以說，可再生能源與氫能是相輔相成的。在此背景下，許多國家和地區的政府正在推進旨在促進綠色氫能利用的政策和項目。例如，歐盟委員會和歐盟內氫能相關企業組成的歐洲清潔氫聯盟於2022年5月5日宣布了一項計劃，即到2025年，將電解企業的綠色氫能產能提高到目前的10倍。
電子產業如何為氫能利用做出貢獻
電氣和電子技術可以透過許多方式幫助提高氫的利用率。
首先，為了提高生產綠色氫氣時的效率，需要使用直流電源，因為直流電源的功率效率很高。進行電解水只需要 1.23 V 或更高的低電壓。然而，若要利用高輸出可再生能源設施 (例如 Mega Solar 發電專案) 的電力大量生產綠色氫氣，就必須使用直流電源供應器，該電源供應器能夠向串聯和並聯的大量電解電極持續提供高電壓、高脈衝的直流電力，而不會產生脈衝。
此類技術的開發，是以製造業和工業領域現有的直流電源技術為基礎，包括金屬電鍍等表面處理和苛性蘇打等化學品的生產。目前大多數的氫生產設備都使用直流電源，電壓從幾伏到幾百伏不等，安培從 10 安培到幾千安培不等。
這些設施的規模各有不同，但從低容量的現場緊湊型氫氣站到大容量的兆瓦級氫氣生產廠都有。不同容量的直流電源需求也在不斷上升。其中，許多大容量系統連接至交流電網，這就需要採取措施將諧波對電線的影響降至最低。此外，為了更有效率地產生穩定的直流電源，目前正在考慮採用高效能功率半導體元件 (例如 IGBT 或 SiC 型 MOSFET) 的電源電路配置。
此外，氫能經燃料電池轉換為電力後，使用時需要電力轉換器將其轉換為直流或交流電力，以符合輸出電力的用途，並穩定地供應。此外，還需要管理和控制系統來監控從燃料電池發電到馬達消耗等一系列過程，並進行安全控制以防止氫氣洩漏、短路或熱失控等問題。這需要大量的感測器來偵測氣體、壓力、流量等。
縮小使用氫的設備，使其成為更為人熟悉的能源
氫的利用是從需要相對較高輸出的應用開始的，其應用目前正在擴大。儘管如此，一旦生產綠色氫氣、提高燃料電池效率及降低成本的技術成熟，我們可以預期氫氣利用系統的規模將會縮小，而將氫氣用作需要較低輸出的裝置的能源也將成為可能。
一般而言，如果在大城市以外的地區的發電廠大量生產氫氣，然後運送到將要消耗氫氣的地方，則在運輸過程中會損失大量能源。這是因為必須壓縮所產生的氫氣，然後將其冷藏為液態。還有其他的運送方法，包括將氫轉換成化學物質，這些方法比較容易運送，但這些應用也會消耗相應的能源。基於這些原因，在可能的情況下，讓氫氣在當地生產供當地使用，是提高使用效率的更好方法。
氫氣站就像傳統的加油站一樣，已經在各處設立，並且正在努力實現當地製造氫氣並將其作為燃料供應給各種移動應用的概念。其中一個例子是可攜式燃料電池的商業化，它可以當作移動電池使用，為智慧型手機等裝置充電。此外，還在考慮開發和分散放置基於光觸媒技術的緊湊型氫生成設備，該技術利用太陽光對水進行光解作用。
氫氣與可再生能源相輔相成，是實現碳中和不可或缺的能源。然而，必須採取適當的措施，才能讓消費者在熟悉的環境中安全地使用氫氣。為了實現安全、高效的利用，必須制定安全標準和法律，同時必須提高電氣和電子技術的利用率，包括使用各類感測器的管理和控制系統、高效直流電源供應器和電源轉換電路。因此，人們對電子相關公司開發和提出新技術寄予厚望。
