▲三價銅的關鍵面紗。（圖／國科會國家同步輻射研究中心提供）
【勁報記者羅蔚舟/竹科報導】
國科會轄下國家同步輻射研究中心（國輻中心）林彥谷副研究員，攜手國立陽明交通大學及德國馬克斯普朗克研究院（Max Planck Institutes）等跨國研究團隊，歷時三年，利用國輻中心的「台灣光子源」（Taiwan Photon Source）、「台灣光源」（Taiwan Light Source）與興建在日本SPring-8同步加速器光源的台灣光束線，首度發現「銅基氧化物催化劑」在電解水反應過程中，會被誘發出三價銅，此乃優異效能表現的關鍵功臣，成為全球第一個解開此隱藏版結構的研究團隊。研究成果有助於開發低成本且高效能的氫能，於2月1日登上國際頂尖期刊《自然通訊》（Nature Communications），並獲選為該期刊的焦點報導論文。
2022年3月，國發會發布「臺灣2050年淨零排放路徑及策略總說明」，12月底再進一步公布台灣2030年減碳目標和12項淨零轉型戰略指引。對此，國科會擴大超前部署，2023年科技預算將投入119億元，發展永續及前瞻能源、低（減）碳、循環、負碳等五大淨零科技。近年來氫能已成為淨零排放的潛力新興能源之一，由於氫氣具有能長時間儲存、靈活調度等優勢，有益於供電穩定，加上發電過程中沒有碳排放，故被譽為「未來燃料」，目前世界各國紛紛投入氫能科技的研發與推廣。
根據國際能源署的資料顯示，截至2022年10月，全球已經有多達上千個氫能發展計畫。例如，德國計劃在2026年之前，注資124億歐元在氫能技術發展，並投入213億歐元補助氫能使用普及化。澳洲計畫打造一座能夠產生250MW氫能的電解槽，以提供200MW氫能發電廠所需的燃料。同時，阿拉伯聯合大公國也積極推動再生能源和氫能，期望2030年前的氫氣出口市占比提升至全球25%。美國也大規模補貼氫能製造，預計2030年之前將氫能的製造成本降至每公斤2美元以下。
現今氫氣的生產方式，大部分來自化石燃料煉製，這種方法被稱為「灰氫」，其碳排放量仍相當高。唯有以再生能源作為氫氣來源，才能生產出真正環境友善的「綠氫」。然而，綠氫的製造過程，是在電解槽加入催化劑，並施加極高的電壓以將水電解成氫與氧，相當高耗能，加上現今最廣泛使用商用催化劑「鉑」和「銥」，價格昂貴，使得氫能發展不符合經濟效益。
研究團隊首度將氫原子注入銅基氧化物催化劑內，並調解其原子結構和電子結構，成功打通銅基氧化物催化劑的任督二脈，該催化劑於低電壓下能持續且穩定作用100小時以上，催化劑壽命比過去提升10倍以上。研究成果證實低電壓在水電解過程的可行性與穩定性，不僅節省電解過程的能耗，且銅基氧化物催化劑比銥商用催化劑便宜超過1萬倍，有助發展高效率且低價格的氫能，讓氫能普及化、商業化，掀起「氫經濟」風潮。
為了進一步解鎖高效能背後所隱藏的秘密，林彥谷利用國輻中心位於台灣與日本的光束線，加上該團隊近幾年所發展的「直播式臨場分析技術」，揭發出銅基氧化物催化劑的高活性來自於三價銅。值得一提的是，三價銅長久以來在高溫超導領域相當吸睛，但在電化學催化領域，卻是首次被觀測到，此乃獨步全球的革命性新發現。
目前政府正帶頭衝刺綠能發展，以跨部會協作、公私協力、國際合作等方式，進行全面性、系統性的淨零轉型推動。在國科會的長期支持下，國輻中心多年來積極投入綠能研究，包含太陽能、鋰電池、氫能等，未來將持續響應政府推動的淨零新生活運動，發展綠能材料、再生能源、低碳製程等研發，助攻臺灣成為淨零科技典範的國家。