氫能商業(yè)化的德國(guó)模式

文 | 本刊記者 范珊珊 發(fā)自法蘭克福

在去碳的道路上，德國(guó)一直試圖保持領(lǐng)先位置，因而氫能成為德國(guó)政府和業(yè)界倚重的未來(lái)能源形式之一。

近些年來(lái)，德國(guó)從研發(fā)機(jī)構(gòu)到企業(yè)圍繞氫能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了更多的嘗試和探索，通過(guò)示范項(xiàng)目加快氫能制造和利用商業(yè)化的步伐。

去年9月，世界上第一輛氫動(dòng)力列車(chē)在德國(guó)北部100公里長(zhǎng)的軌道上運(yùn)行。雖然比現(xiàn)有的柴油機(jī)車(chē)昂貴，但新的零排放發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)環(huán)境更加友善。

氫列車(chē)配備了燃料電池，通過(guò)氫和氧的結(jié)合發(fā)電，這一過(guò)程只排放蒸汽和水，而不是有害的二氧化碳。多余的能量?jī)?chǔ)存在火車(chē)上的鋰離子電池中。這列名為Coradia iLint的列車(chē)僅用一箱氫氣就能行駛1000公里。

在成功運(yùn)行第一趟列車(chē)后，列車(chē)制造商阿爾斯計(jì)劃在2021年之前向下薩克森州提供14臺(tái)氫動(dòng)力列車(chē)。

除了氫動(dòng)力列車(chē)，德國(guó)在發(fā)展氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面也不遺余力。據(jù)H2stations.org對(duì)外公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，德國(guó)擁有60座加氫站。2018年，全球共計(jì)新增48座加氫站投入運(yùn)營(yíng)，其中德國(guó)增長(zhǎng)最多，達(dá)17個(gè)公共加氫站。

過(guò)去以來(lái)，雖然德國(guó)在能源轉(zhuǎn)型方面取得了巨大的成功，可再生能源比例不斷提高，而在國(guó)際社會(huì)中，近些年來(lái)遞增的碳排放一直受到詬病，氫能的開(kāi)發(fā)和利用也就成為了近些年來(lái)德國(guó)能源工業(yè)以及交通領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)方向之一。

政府扶持

德國(guó)政府以及產(chǎn)業(yè)界對(duì)于氫能和燃料電池的扶持，始于2006年。彼時(shí)，德國(guó)政府和產(chǎn)業(yè)資本為了積極推動(dòng)氫能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和建設(shè)，牽頭成立了國(guó)家全資公司（NOWGmbH），以支持氫能經(jīng)濟(jì)的初期發(fā)展。該公司的管理層由德國(guó)聯(lián)通署、建筑與城市發(fā)展部等5個(gè)部門(mén)組成。

為推動(dòng)氫能發(fā)展項(xiàng)目的實(shí)施，NOW啟動(dòng)了“國(guó)家氫和氫燃料電池技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃（NIP）”。通過(guò)NIP計(jì)劃，共募集14億歐元的專(zhuān)項(xiàng)資金，用于2007-2016年的氫能項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。募集資金中的7億歐元由德國(guó)政府出資，扶持750個(gè)相關(guān)項(xiàng)目。剩余資金則按項(xiàng)目合作制度由產(chǎn)業(yè)成員提供。

在第一階段扶持計(jì)劃實(shí)施之后，NIP計(jì)劃宏觀層面上使德國(guó)氫能和燃料電池工業(yè)的增值產(chǎn)業(yè)鏈得到加強(qiáng)，德國(guó)在燃料電池的供應(yīng)和制造方面排名全球第三（位于日本和美國(guó)之后）。除此之外，NIP項(xiàng)目也極大地推動(dòng)了氫能和燃料電池市場(chǎng)在德國(guó)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006-2016年間獲得NIP支持的公司銷(xiāo)售額增加了3倍。

在汽車(chē)行業(yè)，汽車(chē)巨頭戴姆勒和寶馬也加大了對(duì)燃料電池汽車(chē)研發(fā)的投入，加快批量生產(chǎn)的步伐。隨著電氣自動(dòng)化和互聯(lián)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展，汽車(chē)行業(yè)面臨著自汽車(chē)發(fā)明以來(lái)最大的機(jī)動(dòng)性革命，燃料電池是這一發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

為此，聯(lián)邦政府批準(zhǔn)了支持氫和燃料電池技術(shù)的第二階段計(jì)劃（NIP2）?，F(xiàn)階段主要注重于解決市場(chǎng)開(kāi)拓的問(wèn)題，建立相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，為未來(lái)在氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸、住宅能源供應(yīng)、工業(yè)應(yīng)用、燃料電池特殊應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域中的基礎(chǔ)持續(xù)提供政策經(jīng)濟(jì)上的支持。

從2016年到2019年，該計(jì)劃提供近2.5億歐元來(lái)支持該領(lǐng)域的創(chuàng)新，預(yù)計(jì)2016-2026年共提供14億歐元左右公共扶持資金的資助。

商業(yè)化探索

對(duì)于下一階段氫能商業(yè)化的探索，德國(guó)進(jìn)行的是一場(chǎng)自上而下的活動(dòng)。政府對(duì)于研發(fā)的扶持，激發(fā)了下游市場(chǎng)的活力。近些年來(lái)，特別是圍繞大城市基礎(chǔ)設(shè)施的布局，對(duì)于氫能的應(yīng)用嘗試也愈加廣泛，除了傳統(tǒng)的大公司，也出現(xiàn)了眾多小型的初創(chuàng)公司。

產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是其推動(dòng)氫能發(fā)展的商業(yè)化力量之一。由AirLiquide、戴姆勒、林德集團(tuán)、OMV、殼牌和道達(dá)爾六家氫能產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)結(jié)成了H2Mobility聯(lián)盟，以社會(huì)產(chǎn)業(yè)資本的身份一同支持德國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

寶馬提議成立了AutoStack-Industrie聯(lián)盟，該聯(lián)盟旨在為德國(guó)及歐洲其他燃料電池供應(yīng)商提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)方法的支持，該聯(lián)盟吸引到包括戴姆勒、大眾集團(tuán)、福特、Greenerity、NuCellSys、優(yōu)美科等在內(nèi)的眾多企業(yè)加入。

除了大公司研發(fā)，初創(chuàng)公司的加入也給氫能商業(yè)化應(yīng)用添加了更多的可能性。

據(jù)報(bào)道，幾乎所有的全球氫氣（96%）都是通過(guò)蒸汽重整甲烷（CH4）生產(chǎn)的，但是過(guò)程最終產(chǎn)生二氧化碳。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，這種生產(chǎn)方法需要采用碳捕獲和儲(chǔ)存，CCS技術(shù)本身也不夠成熟，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

可再生能源電解水制氫，能避免碳排放的問(wèn)題。然而，使用這種方法生產(chǎn)的氫氣量取決于可再生能源的電力成本和可用性。目前這一技術(shù)占全球總?cè)萘恐茪浔壤邢薏⑶页杀靖甙?。大多?shù)行業(yè)專(zhuān)家預(yù)計(jì)，電解能力的顯著提高將在未來(lái)10年內(nèi)將成本降低約70%。

然而，綠色氫氣成本的最關(guān)鍵因素是電解過(guò)程中使用的綠色電力的價(jià)格。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的一份報(bào)告表明，電解可能更適合移動(dòng)交通和離網(wǎng)部分，而不是大規(guī)模集中制氫。

不久前，殼牌、西門(mén)子和TenneT公司聯(lián)合呼吁德國(guó)政府加速利用海上風(fēng)電制氫的技術(shù)研究，并建議考慮開(kāi)展海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目招標(biāo)。

風(fēng)電制氫和其他制氫路線一樣，如何使得制氫成本降低，是氫能商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙之一。

Sunfire是德國(guó)一家正在研發(fā)固體氧化物電解池（SOEC技術(shù)）的初創(chuàng)公司，并希望將其大規(guī)模商業(yè)化。該公司正在研發(fā)生產(chǎn)可再生合成燃料的解決方案，并為不同的行業(yè)應(yīng)用提供能源系統(tǒng)解決方案。

該公司稱(chēng)，利用Sunfire的模塊化電解槽集成到鋼廠的生產(chǎn)過(guò)程中，可增加至兆瓦級(jí)?？赡骐p模系統(tǒng)可用電解槽生產(chǎn)80%綠色氫氣，也可作為燃料電池，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量可反饋到鋼廠，用于穩(wěn)定電網(wǎng)的電力。

除了產(chǎn)業(yè)鏈前段制氫，氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)存也是德國(guó)一些初創(chuàng)公司的研發(fā)重心。政府在前期氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面的投入，給他們提供了更多可以試驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)景，比如固態(tài)儲(chǔ)氫，天氣管網(wǎng)中制氫、儲(chǔ)氫等。

毫無(wú)疑問(wèn)，邁向氫能世界不會(huì)在一夜之間發(fā)生，旅程將是艱難的。