全球淨零排放的目標正在重塑能源產業的格局。氫能（Hydrogen Energy）以其零碳排放、高能量密度的特性，被視為實現碳中和的關鍵能源載體。台灣政府已將氫能納入 2050 淨零排放路徑，氫能發電、氫能交通（燃料電池車、燃料電池巴士）、工業製氫等應用正快速發展。

然而，氫氣是一種極具挑戰性的工業氣體。它是目前已知最小的分子，極易滲透金屬材料；它的可燃範圍極廣（4%～75% 體積濃度），且點火能量極低；在高壓儲存時（最高達 700 bar），對設備材料的要求遠超傳統天然氣系統。這一切都使得氫能產業對壓力量測儀器提出了前所未有的嚴格要求。

本文將系統性地解析氫能產業的壓力量測挑戰，以及 WIKA 如何透過其完整的氫能儀器產品線，為從製氫、儲氫、輸氫到用氫的完整價值鏈提供安全可靠的量測解決方案。

2.1 氫脆化（Hydrogen Embrittlement）

氫氣是目前已知最小的原子。在高溫高壓環境下，氫原子可以滲入許多金屬的晶格結構中，造成金屬延展性下降、硬度增加、最終發生脆性斷裂的現象，這就是「氫脆化」。

對壓力量測儀器而言，氫脆化是最危險的失效模式之一。波頓管（Bourdon Tube）等機械式感壓元件如果採用不適合的材質，在長期接觸高壓氫氣後可能突然斷裂，導致氣體洩漏甚至爆炸。

WIKA 的建議：用於氫氣應用的壓力錶，濕接液面應採用奧氏體不銹鋼（如 316L），此類材質對氫脆化具有優良的抵抗力。WIKA 特別推薦型號 23x.30 和 23x.50 系列，全部採用 316L 不銹鋼接液面，並提供氫氣相容性製造商聲明。

2.2 氫滲透（Hydrogen Permeation）

氫分子體積極小，能夠緩慢滲透過許多金屬材料，即使在常溫常壓下也會發生這種現象（稱為滲透/Permeation）。對於電子式壓力傳送器，氫分子可能滲入感測器的油填充腔或金屬薄膜，造成測量數值漂移（Signal Drift），導致讀值越來越不準確。

WIKA 的解決方案：在感測器介面使用金鍍層（Gold Plating）作為氫滲透阻障層，金的氫滲透率遠低於普通 316L 不銹鋼。此技術應用於 WIKA 的 E-11、IS-3（沖洗版）等型號及相關隔膜密封（Diaphragm Seal）產品。

2.3 爆炸風險（Explosion Hazard）

氫氣與空氣的混合物在氫濃度達到 4 mol% 時即可形成爆炸性氣體，點火能量僅需 0.017 mJ（遠低於汽油的 0.24 mJ）。這意味著在氫能應用場所，幾乎任何電氣火花都可能成為引爆源。

在此環境中使用的電子式壓力儀器必須具備防爆認證。WIKA 的氫能專用儀器提供 ATEX 及 IECEx 國際防爆認證版本，確保在危險區域（Hazardous Area）中的安全使用。

• ATEX — 歐洲防爆指令（Directive 2014/34/EU）
• IECEx — 國際電工委員會防爆認證體系
• 台灣 — 依 CNS 15591 等同採用 IECEx 標準

3.1 製氫端：電解水制氫（Green Hydrogen）

綠氫是利用再生能源電力電解水製造的氫氣，是最具未來性的製氫方式。電解槽（Electrolyzer）的操作壓力通常在 30～80 bar，需要精確監控電解壓力以確保效率和安全。

• 應用：電解槽壓力監控、氫氣產出壓力量測
• 需求：耐氫腐蝕、電氣隔離（防止電解液污染儀器）
• 推薦產品：WIKA 隔膜密封型壓力傳送器、316L 材質壓力錶

3.2 儲氫端：高壓儲氫槽

氫氣以氣態高壓儲存時，壓力可達 200～700 bar（用於運輸的鋼瓶）甚至更高。液態儲氫的溫度則低至 -253°C。這兩種極端條件對儀器都是嚴峻的考驗。

• 氣態高壓：WIKA 23x.30/23x.50 系列（S3 安全等級），防止破裂時碎片傷人
• 液態極低溫：需使用專為低溫設計的溫度計，量測範圍涵蓋 -253°C
• 安全功能：S3 安全等級壓力錶具備防爆後板（Blow-Out Back），意外超壓時氣體向後排放，保護操作人員

3.3 輸氫端：加氫站（Hydrogen Fueling Station）

加氫站是目前氫能基礎設施建設的重點。一座典型的加氫站包含：壓縮機組、高壓儲氫槽（最高 900 bar）、冷卻系統（將氫氣預冷至 -40°C）、計量分配器等複雜系統。

一座加氫站中，需要使用危險區域壓力傳送器的量測點多達 20 個以上。這些傳送器需要同時滿足：高壓量測（0～1050 bar）、防爆認證（ATEX/IECEx）、316L 不銹鋼材質、全焊接設計（無聚合物密封）等多重要求。

3.4 用氫端：燃料電池系統

燃料電池（Fuel Cell）是將氫能轉換為電能的核心設備，廣泛應用於電動巴士、物流叉車、固定式發電系統等。燃料電池的操作壓力相對較低（1～4 bar），但對壓力感測器的精度和可靠性要求極高。

在氫能車輛的燃料電池系統中，壓力感測器設置在四個關鍵位置（P1、P2、P3、P4），分別監控高壓減壓閥的入口、出口壓力，以及燃料電池堆的空氣進氣壓力。任何一個點的壓力失控都可能導致系統關機或安全事故。

WIKA 專為此應用開發了 MH-3-HY 壓力感測器，其特點包括：

• 感測材質：W.Nr 2.4711（Elgiloy® 合金），對氫脆化和氫滲透有極佳的抵抗力
• 無聚合物密封：完全焊接設計，消除氫氣洩漏風險
• 認證：符合歐盟 EC79/2009 氫能車輛認證，是目前市場上極少數取得此認證的廠商之一
• 壓力範圍：300～8000 psi（約 21～552 bar）

┌──────────────┐    ┌──────────────┐    ┌──────────────┐    ┌──────────────┐
│   製氫端     │───▶│   儲氫端     │───▶│   輸氫端     │───▶│   用氫端     │
│ (Green H₂)  │    │ (高壓儲槽)   │    │ (加氫站)     │    │ (燃料電池)   │
└──────┬───────┘    └──────┬───────┘    └──────┬───────┘    └──────┬───────┘
       │                   │                   │                   │
  30～80 bar          200～700 bar        最高 1050 bar         1～4 bar
       │                   │                   │                   │
  ┌────▼────┐         ┌────▼────┐         ┌────▼────┐         ┌────▼────┐
  │隔膜密封 │         │S3 安全  │         │IS-3-H   │         │MH-3-HY │
  │壓力傳送 │         │壓力錶   │         │防爆傳送 │         │燃料電池 │
  │器+316L  │         │23x.30   │         │器+PXA   │         │感測器   │
  └─────────┘         └─────────┘         └─────────┘         └─────────┘
       │                   │                   │                   │
       └───────────────────┴───────────────────┴───────────────────┘
                                   │
                        ┌──────────▼──────────┐
                        │  WIKA 氫能完整方案   │
                        │  316L / 金鍍層 / 全焊│
                        │  ATEX / IECEx 認證   │
                        └─────────────────────┘

根據台灣政府的 2050 淨零排放路徑規劃，氫能在台灣的應用將從以下幾個方向推進：

• 氫能發電：台電與民間企業合作試驗氫氣混燒發電，逐步提升氫能發電占比
• 工業製程脫碳：鋼鐵、石化等高碳排產業以氫氣取代煤炭作為還原劑
• 交通運輸：燃料電池巴士、重型貨車、港口設備的氫能化
• 建築能源：氫能微型電廠（Micro-CHP）提供社區電力與熱能

隨著台灣氫能基礎設施的建設加速，對符合國際安全標準的氫能量測儀器需求將大幅增加。昶特有限公司做為 WIKA 台灣授權代理商，擁有完整的氫能儀器供應鏈，能夠支援台灣氫能產業的發展需求。