專欄
德國更新氫能策略,邁向氫能大未來!
德國將氫能擴大應用到一般民眾的生活中,氫能熱水器問世,未來氫氣也可以透過管線輸送到家戶中。不管是用在民生、交通或工業上,都得用再生能源製氫,才能真正降低排碳。這麼大量的綠氫從哪裡來?德國的國家氫能戰略,如何將氫能大未來化為具體的執行計畫? 氫氣取代天然氣!德國推氫能熱水器 德國人家家戶戶都有鍋爐,利用天然氣加熱、提供房屋暖氣或是燒熱水,現在他們要用氫氣取代天然氣。 氫能熱水器的外觀,就像台灣的熱水器一樣,氫氣是從下方管線輸入,而且完全由氫氣運作。(圖/獨立特派員) 德國萊因集團能源設備測試中心經理Mario Reimbold說:「一旦氫進入裝置,它將與周圍的空氣混合。就像天然氣一樣,它將以一定的比例混合,然後在燃燒室中被點燃,產生火焰。」而一般熱水器燒天然氣,會產生二氧化碳跟水,但氫氣燃燒後,就只會產生水。 但氫能熱水器要真實進入家庭,得透過管線,把氫氣送進家家戶戶。Mario Reimbold表示,目前德國正在不同的城鎮試驗,將現有天然氣網路中混合20%氫氣,效果非常好。 如果混合氫氣超過20%,現有天然氣管就必須更新,歐盟已經制定歐洲氫骨幹計畫,長達28000公里的氫能管線將遍布歐洲,德國國內也盤點了通往用戶的天然氣管。 德國聯邦外貿與投資署氫能專家Raphael Goldstein說:「60%的基礎設施已經存在,因為我們將對天然氣管道進行翻新,其中的一大部分,將轉換成氫管道。」 家家戶戶如果都要裝氫能熱水器,如何確保裝置的可靠性,要第三方機關來把關。德國萊因集團氫能中心負責人Thomas Fuhrmann說:「我們的公司與產業、政府、國際組織一起合作,共同制定非常明確的規則,如果這些規則被遵守,氫氣的安全使用就可以得到保證。」 德國能源轉型之路氫氣從哪來? 埃瓦爾德廢棄的煤礦場旁,豎起大大的風機,礦業城鎮黑爾滕,正要轉型成氫能之城。德國萊因集團氫能中心工作人員Steffen Laubrock說:「我們從黑爾滕用戶中心外面的風機,獲得再生能源,最終將其轉換為氫氣。」 戶外風力發電產生電能,在電解槽中,將水分解成氫,是已經很成熟的鹼性電解技術。(圖/獨立特派員) 在過濾系統淨化過後的純氫,經過壓縮就可以儲存在大型的儲氫槽中,用來供應一旁的加氫站。除了這種成熟的鹼性電解技術,德國製氫也有使用PEM質子交換膜電解技術,還有另一種研發中、成本更低的製氫科技AEM。 德國北萊茵西伐利亞邦北部的一片公園裡有個白色貨櫃屋,這裡有全世界第一台兆瓦級的AEM陰離子交換膜電解槽。德國Enapter公司CTO Jan-Justus Schmidt表示,PEM製氫技術需要使用大量稀缺且昂貴的材料,使用AEM技術則可以使用非常常見的材料來製作電解機組堆疊,將水分解為氫氣和氧氣。 超過四百個鞋盒大小的電解模組堆在一起,一天可以生產450公斤高純度氫氣。(圖/獨立特派員) 這個貨櫃生產的氫氣,透過管線供給這家公司在三公里外的園區發電,加上太陽能,研發基地的能源完全可以自給自足。這個生物能源園區其實是當地政府與市民合資蓋的,15年來發的電,已經超過當地民眾用的4倍。透過賣綠電,市民一年可以拿回6%的回饋金,也創造就業機會,甚至還讓鄰近的明斯特大學進駐,研究結合氫氣與生物氣體,讓生物氣體生產更有效率。 氫能發展刻不容緩德國更新國家氫能戰略 如何克服民眾對氫能安全的擔憂?德國薩爾貝克市氣候保護部長Martin Sammler說:「關鍵在於讓人們透過正確管道獲得資訊,讓他們提出問題,透過溝通降低人們的擔憂。」 德國2020年制定國家氫能戰略,俄烏戰爭後,天然氣出現缺口,更凸顯氫能轉型的重要性。因此在2023年再次更新內容,將2030年的氫氣需求量提升為130太瓦時,除了國內產氫量必須提升一倍,50-70%還是得從國外進口。 不過,在其他國家投資再生能源製氫,再輸送到德國,也引來新能源會不會成為新殖民主義的批評,海外產氫計畫能不能創造雙贏,還得等待時間驗證。當綠氫可以大量進口,專家也計算出到了2030年,德國綠色氫氣價格可望降低到趨近於藍氫、甚至是灰氫,每公斤大約2-5歐元,就算市場還是無法負擔,也有補貼機制。 德國透過務實的計畫,將氫氣用量、進口、運輸及產業應用,化為執行策略。而台灣政府也有氫能規劃草案,預計2050年9-12%的發電量將採用氫能發電,到時候台灣用的氫,只有一成是自產,九成必須仰賴進口。但自產氫的再生能源從哪來?又要從哪裡進口?還有進口後如何轉換,都必須及早規劃。 (※林珍汝 賴振元/採訪報導)
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氫能火車巴士上路,德國交通運輸能源轉型中
全球首列氫能列車德國搶先上路 走進德國的火車站,仔細看看進站中RB33列車,發現列車上方沒有電纜線,也不是燒柴油,它是全球第一列營運中的氫能列車。由法商阿斯通製造、德國聯邦政府及下薩克森州政府購買,當地的evb公司負責營運,於2022年8月上路,目前一共有14列。 營運中的氫能列車有4節車廂,一共156個座位,列車最高時速可以達到140公里。(圖/獨立特派員) 氫能列車讓德國不來梅北方三座城市之間的居民通勤更加便利,最短距離的車票大約是122元台幣,且在市區速度會降低,行駛中更是幾乎聽不到噪音。 evb鐵路公司特地空下一整列氫能列車,帶著採訪團隊前往維修廠介紹它的構造。德國evb鐵路運輸公司發言人Christoph Nagel提到,氫氣具有可燃性,大量聚集可能產生氫爆,因此儲氫罐裝在車頂,一旦洩漏就會直接溢散到空中。 氫能火車的原理,是儲氫罐的氫,在燃料電池中與氧氣作用,發出電之後,儲存在火車下方的電池中,供電給馬達驅動火車。(圖/獨立特派員) 除此之外,火車也有專用的加氫站,刷卡、輸入密碼,將特製的加氫管連接到火車的加氫孔,司機一個人就可以操作加氫。德國evb鐵路運輸公司首席工程師Christian Glauner說:「有兩個儲氫罐,如果儲滿氫,我們可以開火車行駛大約1000公里。」 氫氣依照來源,從天然氣等化石燃料重組的叫作灰氫;過程把碳捕捉下來封存的,稱為藍氫;而排碳最低的是綠氫,由再生能源電解水而成。(圖/獨立特派員) 這座全世界第一個火車專用的加氫站,目前氫氣是來自附近化學工廠的副產品,也就是所謂的灰氫。氫能火車要真的用到綠氫,還得再等一段時間。 Linde火車加氫站技術人員Alexanda Zoerner說:「也許兩三年後,在現場直接為火車生產氫氣,使用電解系統,綠色電力來自風力發電和太陽能公園,就在車站旁邊。」 在加氫站中每天儲存超過1800公斤的氫氣,因此安全是首要任務。現場有許多安全規定、出入口管制嚴格,周圍也有風扇和氫氣感應器。這種嶄新的科技,對習慣開柴油火車的駕駛來說,也是新挑戰。除此之外,當火車的重要零件,從車底變上車頂,維修流程都得重新設計,還要制定新的安全流程和標準,甚至連當地的消防隊都必須進行相關培訓。 為了世界首組氫能列車,德國聯邦政府及下薩克森州政府,一年來已經投入超過三十億台幣。而且他們更計畫在2026年建設一座氫氣工廠,未來如何製造大量綠氫、讓價格降低,是氫能普及的挑戰。 能源轉型 從氫能公車開始走入生活 德國除了下薩克森州有氫能列車,法蘭克福也有少數路線在試營運。位於北萊茵邦的迪倫地區,早期以開採煤礦聞名,現在也面臨能源轉型的問題,而他們的抉擇是氫能,不僅簽約採購氫能列車,也有五輛氫能公車已經上路。 氫能巴士利用儲氫罐中的氫氣跟空氣中的氧氣,在燃料電池裡面作用,化學能轉換為電能儲存到電池裡,電力再驅動馬達讓公車動起來,最後排放的只有純水。(圖/獨立特派員) 氫能公車的內裝跟一般公車差不多,不過駕駛的儀表板上會顯示氫氣剩餘量及可行駛的公里數,搭起來也比燃油公車安靜。載著五罐滿滿的氫氣罐上路,司機們並不擔心,在事故發生時氫氣罐會全部開啟,氫氣往上散溢、氣罐會排空,因此對於駕駛者來說並不危險。 加氫氣比汽油便宜?氫能車發展指日可待 同樣是採礦城市,面臨能源轉型的德國黑爾滕市,他們也想推廣氫能。市政府的工作人員,正在為公用的氫能車加氫。 這間加氫站由黑爾滕市政府跟幾家企業合作一起設立,氫氣價格一公斤大約440元台幣。(圖/獨立特派員) 氫能車加滿氫不到台幣兩千元,在德國已經比加汽、柴油都便宜。但因為全德國只有92座加氫站,而且民眾能買到的氫能車只有日本及韓國進口的兩種車款,加上現在氫能車價格又高,所以全德國1到11月只掛牌兩百多輛。 不過德國的BMW也想插足氫能車市場,目前已經有一百輛氫能車在全球試駕,就看汽車製造大國的氫能車,能不能追日趕韓。還有搶先應用的氫能大眾運輸,在最新的國家氫能戰略下,如何引領德國走向氫能大未來。 (※林珍汝 賴振元/採訪報導)