氫能商業化的德國模式

文 | 本刊記者 范珊珊 發自法蘭克福

在去碳的道路上，德國一直試圖保持領先位置，因而氫能成為德國政府和業界倚重的未來能源形式之一。

近些年來，德國從研發機構到企業圍繞氫能的開發和應用進行了更多的嘗試和探索，通過示范項目加快氫能制造和利用商業化的步伐。

去年9月，世界上第一輛氫動力列車在德國北部100公里長的軌道上運行。雖然比現有的柴油機車昂貴，但新的零排放發動機對環境更加友善。

氫列車配備了燃料電池，通過氫和氧的結合發電，這一過程只排放蒸汽和水，而不是有害的二氧化碳。多余的能量儲存在火車上的鋰離子電池中。這列名為Coradia iLint的列車僅用一箱氫氣就能行駛1000公里。

在成功運行第一趟列車后，列車制造商阿爾斯計劃在2021年之前向下薩克森州提供14臺氫動力列車。

除了氫動力列車，德國在發展氫能基礎設施方面也不遺余力。據H2stations.org對外公布的數據顯示，截至2018年底，德國擁有60座加氫站。2018年，全球共計新增48座加氫站投入運營，其中德國增長最多，達17個公共加氫站。

過去以來，雖然德國在能源轉型方面取得了巨大的成功，可再生能源比例不斷提高，而在國際社會中，近些年來遞增的碳排放一直受到詬病，氫能的開發和利用也就成為了近些年來德國能源工業以及交通領域研發的重點方向之一。

政府扶持

德國政府以及產業界對于氫能和燃料電池的扶持，始于2006年。彼時，德國政府和產業資本為了積極推動氫能基礎設施的發展和建設，牽頭成立了國家全資公司（NOWGmbH），以支持氫能經濟的初期發展。該公司的管理層由德國聯通署、建筑與城市發展部等5個部門組成。

為推動氫能發展項目的實施，NOW啟動了“國家氫和氫燃料電池技術創新計劃（NIP）”。通過NIP計劃，共募集14億歐元的專項資金，用于2007-2016年的氫能項目開發。募集資金中的7億歐元由德國政府出資，扶持750個相關項目。剩余資金則按項目合作制度由產業成員提供。

在第一階段扶持計劃實施之后，NIP計劃宏觀層面上使德國氫能和燃料電池工業的增值產業鏈得到加強，德國在燃料電池的供應和制造方面排名全球第三（位于日本和美國之后）。除此之外，NIP項目也極大地推動了氫能和燃料電池市場在德國的發展。據統計，2006-2016年間獲得NIP支持的公司銷售額增加了3倍。

在汽車行業，汽車巨頭戴姆勒和寶馬也加大了對燃料電池汽車研發的投入，加快批量生產的步伐。隨著電氣自動化和互聯驅動技術發展，汽車行業面臨著自汽車發明以來最大的機動性革命，燃料電池是這一發展的關鍵技術。

為此，聯邦政府批準了支持氫和燃料電池技術的第二階段計劃（NIP2）。現階段主要注重于解決市場開拓的問題，建立相應的基礎設施，為未來在氫氣生產、運輸、住宅能源供應、工業應用、燃料電池特殊應用等各個領域中的基礎持續提供政策經濟上的支持。

從2016年到2019年，該計劃提供近2.5億歐元來支持該領域的創新，預計2016-2026年共提供14億歐元左右公共扶持資金的資助。

商業化探索

對于下一階段氫能商業化的探索，德國進行的是一場自上而下的活動。政府對于研發的扶持，激發了下游市場的活力。近些年來，特別是圍繞大城市基礎設施的布局，對于氫能的應用嘗試也愈加廣泛，除了傳統的大公司，也出現了眾多小型的初創公司。

產業聯盟是其推動氫能發展的商業化力量之一。由AirLiquide、戴姆勒、林德集團、OMV、殼牌和道達爾六家氫能產業的龍頭企業結成了H2Mobility聯盟，以社會產業資本的身份一同支持德國氫能產業發展。

寶馬提議成立了AutoStack-Industrie聯盟，該聯盟旨在為德國及歐洲其他燃料電池供應商提供技術經濟方法的支持，該聯盟吸引到包括戴姆勒、大眾集團、福特、Greenerity、NuCellSys、優美科等在內的眾多企業加入。

除了大公司研發，初創公司的加入也給氫能商業化應用添加了更多的可能性。

據報道，幾乎所有的全球氫氣（96%）都是通過蒸汽重整甲烷（CH4）生產的，但是過程最終產生二氧化碳。為了實現可持續發展，這種生產方法需要采用碳捕獲和儲存，CCS技術本身也不夠成熟，需要進一步開發。

可再生能源電解水制氫，能避免碳排放的問題。然而，使用這種方法生產的氫氣量取決于可再生能源的電力成本和可用性。目前這一技術占全球總容量制氫比例有限并且成本高昂。大多數行業專家預計，電解能力的顯著提高將在未來10年內將成本降低約70%。

然而，綠色氫氣成本的最關鍵因素是電解過程中使用的綠色電力的價格。英國皇家學會的一份報告表明，電解可能更適合移動交通和離網部分，而不是大規模集中制氫。

不久前，殼牌、西門子和TenneT公司聯合呼吁德國政府加速利用海上風電制氫的技術研究，并建議考慮開展海上風電制氫項目招標。

風電制氫和其他制氫路線一樣，如何使得制氫成本降低，是氫能商業化應用的主要障礙之一。

Sunfire是德國一家正在研發固體氧化物電解池（SOEC技術）的初創公司，并希望將其大規模商業化。該公司正在研發生產可再生合成燃料的解決方案，并為不同的行業應用提供能源系統解決方案。

該公司稱，利用Sunfire的模塊化電解槽集成到鋼廠的生產過程中，可增加至兆瓦級。可逆雙模系統可用電解槽生產80%綠色氫氣，也可作為燃料電池，系統產生的熱量可反饋到鋼廠，用于穩定電網的電力。

除了產業鏈前段制氫，氫的運輸和儲存也是德國一些初創公司的研發重心。政府在前期氫能基礎設施方面的投入，給他們提供了更多可以試驗的應用場景，比如固態儲氫，天氣管網中制氫、儲氫等。

毫無疑問，邁向氫能世界不會在一夜之間發生，旅程將是艱難的。