荷蘭力爭串起全球氫經(jīng)濟

近年來，隨著技術(shù)的進步和制造、運輸成本的降低，全球氫經(jīng)濟已初露端倪。

2020年7月，歐盟委員會正式發(fā)布《歐洲氫能戰(zhàn)略》，明確將綠氫作為未來發(fā)展的重點，要求歐盟范圍內(nèi)于2024年達到6吉瓦的電解綠氫產(chǎn)能，于2030年達到40吉瓦。

作為《巴黎氣候協(xié)定》的簽署國，荷蘭正積極采取措施，不僅啟動了歐洲規(guī)模最大的綠氫項目，還率先發(fā)布了國家級氫能政策，力圖按計劃達成脫碳目標(biāo)，兌現(xiàn)國際承諾。

荷蘭的愿景及優(yōu)勢

荷蘭力圖為全球氫經(jīng)濟轉(zhuǎn)型做出實質(zhì)性貢獻，這一宏愿并非憑空而來，而是基于自身諸多優(yōu)勢：

起步高：荷蘭目前是歐洲第二大工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)出國;

基礎(chǔ)好：荷蘭有著全球最密集、最復(fù)雜的天然氣管網(wǎng)之一;

荷蘭在氫價值鏈的各個部分都有數(shù)百家公司;

荷蘭有著為數(shù)眾多的研究機構(gòu)和發(fā)達的工業(yè)伙伴生態(tài)系統(tǒng);

荷蘭是西北歐的門戶，占據(jù)全球油氣貿(mào)易關(guān)鍵樞紐的戰(zhàn)略位置;

荷蘭人具有創(chuàng)新基因，尤其擅長將想法和概念迅速轉(zhuǎn)化為可行的綜合解決方案;

荷蘭人向來善于合作與共享……

綜合上述優(yōu)勢，荷蘭得以掌握涵蓋氫價值鏈每一環(huán)節(jié)的技術(shù)，從電解水制氫到氫的運輸和儲存，再到氫在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如工業(yè)、道路及海洋運輸、住宅供暖……

小分子，大潛能

身為自然界最小的分子，氫有著除核燃料外最高的熱值(142.5MJ/kg)，是同質(zhì)量焦炭、汽油等化石燃料的3-4倍。

氫能因其來源多(原料是水)、用途廣、易儲存、靈活(可與不同的可再生能源相互轉(zhuǎn)換，解決間歇性能源的儲存問題，并可與電力系統(tǒng)互補協(xié)同)高效等優(yōu)點，在能源轉(zhuǎn)型中具有重要意義和巨大潛能。

通過可再生能源電解水(或光解水、熱化學(xué)解水、生物制氫等)得到、整個過程中完全不產(chǎn)生碳的綠氫(又稱清潔氫或零碳氫)，更是被稱為全球能源轉(zhuǎn)型中的缺失環(huán)節(jié)。

政府主導(dǎo)綠氫戰(zhàn)略

大力發(fā)展清潔制氫技術(shù)

目前，荷蘭已是歐洲第二大工業(yè)副產(chǎn)氫(灰氫)產(chǎn)出國，年產(chǎn)氫逾900萬噸。

今年4月，荷蘭政府公布氫能戰(zhàn)略，計劃在綠氫項目上投資3.38億歐元，在2025年前完成500兆瓦(MW)可再生能源制氫(綠氫)項目，到2030年進一步增至4吉瓦(GW)。

目前，荷蘭已有近百家公司在綠氫產(chǎn)業(yè)開展活動，或計劃進入這一市場。包括電解槽組件(如膜)的制造商堆棧集成商、支持技術(shù)供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商等。

綠氫產(chǎn)業(yè)目前面臨的最大挑戰(zhàn)是：大型電解槽供不應(yīng)求，以及可再生能源發(fā)電成本依舊較高。

為與灰氫廠競爭，綠氫產(chǎn)能必須大大提高：從目前的若干兆瓦提高到吉瓦級別。在Hydrohub項目中，來自各機構(gòu)和企業(yè)的研究人員及工業(yè)合作伙伴通力協(xié)作，計劃在2025年至2030年間使荷蘭首座吉兆瓦級電解槽投入使用。

Hydrohub項目的參與者之一是位于帕騰的TNO獨立實驗室。TNO是全球領(lǐng)先的氫能源應(yīng)用研究機構(gòu)，擁有五大單位，十五個研究部門，3200多名專業(yè)人士。僅2020年，TNO就參與了50多個氫能相關(guān)項目。

在TNO的法拉第實驗室里，研究人員及眾多行業(yè)合作伙伴致力于優(yōu)化各種現(xiàn)有的電解技術(shù)，提高效率和產(chǎn)能，以及開發(fā)成本更低廉的新材料(以代替目前電解槽中使用的稀有材料)。

動力源方面，荷蘭的綠氫規(guī)劃將主要依托離岸風(fēng)能(offshore wind)，此舉還可同時解決因風(fēng)能難于儲存而產(chǎn)生的棄風(fēng)問題。

由于氫是理想的電力儲存和運輸媒介，荷蘭人開始在靠近風(fēng)能的地方安裝電解槽，以盡量降低輸電基礎(chǔ)設(shè)施的成本(以及傳輸過程中不可避免的能源損失)。最近在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新包括一個帶有4兆瓦電解槽的風(fēng)力渦輪機，以及第一個北海離岸風(fēng)電制氫平臺。

北海離岸風(fēng)電制氫平臺的理念是將廢棄的石油和天然氣平臺改造成離岸電解水制氫平臺。盡管海水目前必須經(jīng)過脫鹽才能用于電解，但荷蘭研究人員正在研究直接使用海水的方法，這將為淡水稀缺地區(qū)的電解水制氫開辟新的機遇，甚至可能在遠海進行大規(guī)模電解水制氫。同時，荷蘭還在探索在北海建造人工島、用作諸多海上風(fēng)電場制氫中心的可能性。

在政府的規(guī)劃和牽頭下，荷蘭的離岸風(fēng)電價格已從2013年的0.17歐元/千瓦·時(同年電價為0.04歐元/千瓦·時)降至2016年第二個新項目中標(biāo)價的0.0545歐元/千瓦·時。2018年，首個不靠政府補貼的離岸風(fēng)能項目獲得批準(zhǔn)。

據(jù)荷蘭能源轉(zhuǎn)型專家Remco de Boer先生介紹，目前已規(guī)劃的荷蘭北海項目可以確保全國海上風(fēng)電產(chǎn)能在2030年達到11.5GW;此外，尚處于研究規(guī)劃階段的項目有望使荷蘭再增加27GW產(chǎn)能。

綠氫藍氫兩手抓

前景雖然廣闊，但當(dāng)前的綠氫制造成本依然過高，大規(guī)模生產(chǎn)尚待時日。

目前，全球99%的工業(yè)用氫仍為所謂灰氫，即以化石原料生產(chǎn)的氫，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量二氧化碳(約為產(chǎn)生氫氣的9倍)。

于該過程中增加碳捕獲與封存環(huán)節(jié)，將大部分排放出的二氧化碳捕獲、儲存或再利用，由此獲得的氫被稱為藍氫。

國際可再生能源機構(gòu)2020年12月的報告顯示，目前綠氫的成本約為藍氫的3-4倍。而據(jù)彭博新能源財經(jīng)2019年的預(yù)計，藍氫的這一價格優(yōu)勢至少將保持到2030年。

此外，相較于電解水制氫，碳捕獲與封存技術(shù)能夠更快地擴大規(guī)模，實現(xiàn)市場化。由此可見，在綠氫實現(xiàn)經(jīng)濟可行性之前，藍氫不失為一種可行的過渡方案。

話雖如此，從投資回報角度看，投綠氫還是投藍氫，都投的話比例要如何分配，目前國際上依然存在爭議。

對此，歐洲商業(yè)和創(chuàng)新中心聯(lián)盟(EBN)能源專家、荷蘭人Barthold Schroot先生這樣說：毫無懸念，遲早有一天綠氫會變成最佳選擇，而我們今天對藍氫的投入，可以早日推進氫價值鏈的成熟，屆時也會使綠氫獲益。

全球視野，合作共贏

建設(shè)氫能經(jīng)濟是一項重大任務(wù)，任何一個國家都無法獨自完成。荷蘭人敏銳地意識到在研究、開發(fā)、示范項目和實施新技術(shù)方面需要密切的國際合作。

荷蘭是氫能及燃料電池行業(yè)產(chǎn)學(xué)研一體化最強的歐盟成員國之一，而中國是目前世界上最大的制氫國，兩國的合作具有重要戰(zhàn)略意義。

2019年9月，在荷蘭國家企業(yè)局(RVO)的推動下，成立了首個氫能產(chǎn)業(yè)合作平臺——荷蘭氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(HyNed)，旨在聯(lián)結(jié)先進的荷蘭技術(shù)與龐大的中國市場，積極推動兩國間氫能領(lǐng)域的知識交流、產(chǎn)業(yè)協(xié)作和商業(yè)往來。

該聯(lián)盟整合了東荷蘭地區(qū)的氫能應(yīng)用技術(shù)資源及供應(yīng)鏈體系，包括氫氣的生產(chǎn)分配(壓縮、提純、分離)、燃料電池電堆、燃料電池系統(tǒng)的開發(fā)和集成、燃料電池的創(chuàng)新、氫氣法規(guī)和認證等。

成員之一的荷蘭氫電公司(Nedstack)成立于1999年，是一家開發(fā)、生產(chǎn)質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池的科技公司，其產(chǎn)品的核心優(yōu)勢在于超長的使用壽命——截至目前的實測數(shù)據(jù)已達3萬小時以上(總部有一個電堆甚至已運行超過7萬小時)，且系統(tǒng)衰減很小。

該公司的主要產(chǎn)品為用于重載交通工具或固定發(fā)電設(shè)備的質(zhì)子交換膜燃料電池，如質(zhì)子交換膜動力工廠和備用電源等。

荷蘭氫電公司為傳統(tǒng)化工(尤其是丙烷脫氫和氯堿化工)企業(yè)工業(yè)副產(chǎn)氫的高效利用提供了一套極好的解決方案：將副產(chǎn)氫提純后應(yīng)用于固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，一方面實現(xiàn)最大規(guī)模儲能，另一方面循環(huán)使用于工廠發(fā)電，降低企業(yè)運行成本，降低能耗，減少排放。

另一成員HyET Hydrogen B.V.則是全球首家提供可量產(chǎn)電化學(xué)式氫氣壓縮(包括電化學(xué)式氫氣分離和提純技術(shù))的企業(yè)，同時也是殼牌在北美地區(qū)特別甄選的加氫站合作伙伴。

相較于傳統(tǒng)機械式氫氣壓縮，電化學(xué)式氫氣壓縮具有設(shè)備成本低(壓縮機占加氫站建造成本40-50%)、占地面積小、運行無噪音(適合在城區(qū)建站)、維修維護成本低等顯著優(yōu)點。

強大的運輸、貯存基礎(chǔ)設(shè)施

除制造外，氫的運輸是又一難題。氫高度易燃，密度小體積大，且容易與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致容器發(fā)生脆性斷裂。因此，最優(yōu)方案是通過專門的管道運輸，而這又需要很大的初期投入。

目前，荷蘭已建成的氫氣專用管道總長已達1000公里，預(yù)計到2030年，將增加至1400公里。

此外，身為歐盟內(nèi)天然氣生產(chǎn)和出口大國，荷蘭有著全球最密集、最復(fù)雜的天然氣管網(wǎng)之一——位于格羅寧根、可儲存數(shù)億立方米天然氣的地下鹽穴，以及總長約13.6萬公里、幾乎覆蓋了每個家庭和企業(yè)的優(yōu)質(zhì)管道。荷蘭計劃在2026年前，將上述基礎(chǔ)設(shè)施以可接受的成本改造成氫氣儲庫和管道，為向氫能切換打下基礎(chǔ)。

創(chuàng)造需求

最后，氫經(jīng)濟的真正實現(xiàn)，除了供給側(cè)的創(chuàng)新、基礎(chǔ)設(shè)施的投資外，也離不開需求側(cè)的配合。

綜合研究分析了兩項2020年的獨立研究后，Barthold Schroot先生認為對于荷蘭2050年氫需求較為合理的預(yù)估是430拍焦耳/年(120太瓦時)。

目前，荷蘭的研究人員和公司正積極致力于開發(fā)一系列潛在的氫應(yīng)用，重點自然在那些對碳排放影響最大的領(lǐng)域。

在工業(yè)應(yīng)用方面，高溫加熱的工業(yè)過程目前消耗著大量的化石燃料(主要是天然氣)。要切換成氫能，最大的挑戰(zhàn)在于氫氣與天然氣的燃燒特性相差甚遠，因此要使工業(yè)燃燒器系統(tǒng)能夠適應(yīng)氫氣的燃燒特性。此外，氫與一氧化碳或二氧化碳相結(jié)合，也有可能取代石油和天然氣，用于生產(chǎn)合成燃料和可持續(xù)大宗化學(xué)品(如甲醇、烯烴和芳烴等)。

荷蘭的許多創(chuàng)新還集中在運輸領(lǐng)域，尤其是那些尚無法實現(xiàn)電力驅(qū)動的運輸方式上，如船舶和長途公路運輸。荷蘭極為發(fā)達的內(nèi)陸航運部門，計劃于未來10年內(nèi)引進150艘氫動力駁船。此外，作為南荷蘭省發(fā)起的泛歐項目的一部分，鹿特丹和熱那亞之間的航運走廊沿線將建起加氫站。道路運輸方面的創(chuàng)新，則包括氫燃料公共汽車和卡車、電動汽車增程器(如前述荷蘭氫電公司與HyMove B.V.合作項目)，以及加氫站所需技術(shù)(如前述HyET Hydrogen B.V.所提供的技術(shù))等。

此外，前述天然氣管網(wǎng)的改造，可使無法安裝太陽能或地?zé)峁┡睦鲜阶》恳揽繗淠軐崿F(xiàn)供暖。荷蘭的不少循環(huán)流化床鍋爐制造商，已投入大量資金從天然氣向氫氣過渡。

最后，隨著電力供應(yīng)越來越依賴可再生能源和間歇性能源，確保足夠的碳中性電力緩沖變得至關(guān)重要。前述地下鹽穴貯存方案，以及可用于電網(wǎng)平衡、頻率控制或應(yīng)急電力系統(tǒng)的柔性電解槽(如前述荷蘭氫電公司的廠區(qū)發(fā)電系統(tǒng))，即為應(yīng)對此問題的兩種解決方案。

荷蘭能源部門是在清潔氫能領(lǐng)域擁有經(jīng)驗、知識、產(chǎn)品和服務(wù)的理想合作伙伴。荷蘭為發(fā)達國家和發(fā)展中國家應(yīng)對復(fù)雜的能源供需提供了解決方案。與荷蘭的合作和經(jīng)商意味著各方投資于雙贏的解決方案。公民、公司、研究機構(gòu)、投資者和政府都可以共同努力，取得有意義的成果。