氢 - 未来的石油

　 氢将取代石油成为新的燃料。利用氢电池驱动汽车的时代已经离我们越来越近。现在需要的是修建配套加气站。 法国科幻作家如勒·凡尔纳曾在1874年写道“水是未来的煤炭”。对于德国北威州小城Herten而言，事实确实如此。Herten曾是欧洲最大的煤炭城市之一，如今煤矿破产，失业率居高不下，水，确切地说是氢，能够产生电的氢，成了Herten新的希望。在如勒·凡尔纳的时代，人们已经了解了电解过程，不过那时的煤炭仍然充足。 现在林德（Linde）、赢创（Evonik）等大公司打算利用电解原理，用Herten风力发电厂多余的电力生产氢气。另外还有四家公司在Herten过去矿区的旧址上致力于燃料电池技术。Herten积极吸引企业进驻，希望若干年后、当氢作为汽车燃料在德国得到普及时，能作为未来的技术中心，输出技术与燃料。该市市长Uli Paetzel坚信，“氢是未来移动技术的基石”。 有同样想法的并非他一个。去年11月，Herten庆祝建市75周年之际，戴姆勒总裁蔡澈（Dieter Zetsche）在法兰克福汽车展上也宣布：“氢的世纪已经开始。氢是比石油更好的燃料。“ 加油站革命 蔡澈希望奔驰的首批氢燃料车B级 F-Cell于2014年投入市场。欧宝、丰田、本田和现代也宣布将于2015年开始销售本公司的新型能源车。另外，德国的短途公交体统也开始了调整：汉堡公交公司准备于2020年停止购买柴油汽车。该市的700多辆公交汽车未来将由氢燃料推动。燃料电池汽车有两大优势：加满燃料可以行驶至600公里，而且绝对环保，至少在通过环保方式产生氢的情况下绝对环保。 目前的两个发展趋势让加油站革命离我们越来越近：首先，企业能够通过风力发电站产生的绿色能源大规模生产氢。另外对司机们同样重要的一点是：未来几年德国各地将陆续修建加氢站。首批20个加氢站将于2012年底前投入使用。 汽车制造商为发展技术投入了大量资金：据专家估计，过去几年为开发燃料电池投入了约50亿欧元。至2016年，德国燃料电池与氢技术研究项目还将再投入14亿欧元。 这些投入会获得回报：据美国市场研究机构派克咨询公司（Pike Research）估计，2020年卖出的氢燃料汽车将超过一百万辆。企业咨询公司麦肯锡预计，至2030年，燃料电池私家车的营业额将超过200亿欧元。这让技术提供商西门子、林德以及能源供应商瓦腾福（Vattenfall）以及巴登符腾堡能源公司（EnBW）对未来的光明前景充满了希望。他们也确实有理由对未来充满希望：国际能源机构早就警告说，原油储量越来越少，燃料价格会不可避免地越来越贵。现在车主们通过汽油费的开支就已经能感受到这一趋势。 可替代汽油或柴油的燃料迄今寥寥无几。玉米或大豆生产的生物燃料会加重地球上的饥馑。更糟糕的是，纯生物燃料电池驱动的汽车最多行驶150公里就需要补充新燃料。 此外就是燃料电池。燃料电池通过氢气与氧气的化学反应产生电。这些电被存入电池，驱动马达。直接使用液态氢的方式已经被宝马等公司摒弃。因为液态氢必须保存在摄氏零下253度的环境中。去年11月，位于德国勃兰登堡州的小城Prenzlau首次通过绿色方式生产出了氢。能源公司Enertrag在该城的农田中建有三只风力发电机，一般来说这三只发电机可以为4000户人家供电。不过如果用电量小或者风太大，多出来的电就会被装入一只海运集装箱大小的电解槽，然后在电解槽中，电会把水分解成氢和氧。 分解出来的氢气被暂时装入一只大金属容器储存。之后它们将被运往原油公司道达尔（Total）位于柏林某城区的一座加油站。这座加油站除了为传统汽车加油，也负责为柏林市的大约50辆燃料电池汽车加气。Prenzlau每月为这里输送400公斤氢气，足够汽车行驶4万公里，相当于消耗2000升汽油。 风与氢 　　不过Prenzlau的电解槽还有另外一个功用。能源公司Enertrag的负责人Werner Diwald介绍说：“通过分解氢，我们的风力发电站首次具有了基本负荷能力。”也就是说：当风轮停止转动的时候，存储的氢可以在当地通过一个热电站重新转化成电能。这样一来，氢气不仅可以用于燃料电池，也可以作为一种能量储备。 Prenzlau的项目成功后，几家公司从去年12月开始联手利用风力发电生产氢气。林德、西门子、瓦腾福以及道达尔计划与Enertrag合作建立新的可以生产并存储转化氢的风能发电站。这些发电站的能效将比传统的提高20倍，每年可以为800辆汽车提供燃料。Enertrag的负责人Diwald还表示，进入大规模的工业化生产以后，氢的生产成本还将减少三分之一。这一点也很重要，因为目前每公斤氢气的价格高达8欧元，相当于5升优质汽油（目前7.5欧元）。造成价格昂贵的主要原因是电解槽。Prenzlau用于试生产的电解槽价值超过2百万欧元。 西门子正在研制价格低廉的电解槽。去年该公司专门成立了一支35人的队伍，开发到2015年能批量生产的电解槽。另外电解槽的体积也是需要考虑的内容之一。研发负责人Roland Kppner表示，到2018年，将建成一个足球场大小的电解槽，每天生产50吨氢。这是勃兰登堡现有设施的4000倍。氢燃料在德国的潜力到底有多大，这一点专家们目前还无法回答。不过能源与环境咨询公司Ludwig-Blkow-Systemtechnik的一份研究报告显示，仅在石荷州，到2020年，通过风能发电生产的氢就已经足够7万辆汽车行驶一年。 到那之前，化工业也会为燃料电池汽车提供所需的氢气。目前化工业每年会产生160亿立方米的氢气副产品。其中大部分会被直接重新用于化学反应，也有大约5%会进入燃气涡轮机用于发热。这5%的氢气可以每年驱动50万辆汽车。当然这样一来就必须用天然气取代氢气用于加热，而且需要将氢气净化，其结果是使用新燃料并不比汽油更环保。 林德等公司现在也在研究其它通过环保途径生产氢气的方法。第一个通过生物柴油和肥皂副产品生产氢气的工厂已经在Leuna建成。法国公司Air Liquide也在进行类似的实验，希望通过木材废料生产燃料。而美国公司Air Products则在尝试通过污水生产氢气。另外，德国比勒费尔德大学的科学家还在进行培养绿藻的首度尝试。培养的绿藻可以通过自然的光合作用直接产生氢气。 氢气制造领域的成功如果没有汽车制造业的推动也会失去意义。12年前，戴姆勒就宣布要在2004年制造出燃料电池汽车。但其结果却成了技术上的笑柄：那辆耗资50万欧元的汽车在零度以下无法发动。 技术已经成熟，可以投入市场 　　戴姆勒燃料电池以及电池驱动部门负责人Christian Mohrdieck满有把握的表示，“如今问题已经解决，技术已经成熟，可以投放市场。”事实上，去年梅塞德斯的三辆F-Cell汽车顺利完成了3万公里环球行驶。其中唯一出现的一个小故障是在哈萨克斯坦由于司机的不慎而造成的。即便在零下25度环境，汽车也能顺利发动。除了技术的进步，Mohrdieck也为他桌上电话簿一样厚的内部成本核算数据表感到自豪。数据显示，2014年投放市场时，戴姆勒燃料电池汽车的附加成本只略高于内燃机车。元件数量及昂贵的铂金含量的减少使燃料电池的成本在过去几年下降了约90%。通过大规模生产，到2025年，氢驱动汽车的生产成本就可以达到目前发动机技术的同等水平。 但是把氢气装入燃料电池汽车以前，专家们还面临着一个必须解决的重要问题：新燃料的基础设施怎么解决？是应该等顾客大批购买汽车以后再建加气站，还是应该先修大量加气站，以此推动顾客购买汽车？为了解决这一问题，戴姆勒、林德以及原油公司壳牌、道达尔、ＯＭＶ，能源供应商EnBW、瓦滕福已经在两年前共同组成了一个专家组，负责确定加气站的地点以及数量。他们的目标是让汽车前往加气站的时间在城市不超过５分钟，在乡村不超过１５分钟。专家组有关加气站基础设施建设的总体蓝图将于今年夏天提交。之后修建资金由谁提供的问题也将得到澄清。 根据知情人士的初步消息，从２０１５年至２０１８年，德国每年将在汉堡、慕尼黑、柏林、斯图加特以及法兰克福等大城市修建１００座加气站。另外，连接各大城市的高速路沿线也将修建加气站。此项耗资约３亿欧元。在第二阶段，全德国的加气站数量将增加到１０００座以上。氢气或者通过重型卡车从生产中心运往各地，或者通过小型电解站解决。第二阶段的扩建资金超过１０亿欧元，可以像传统加油站一样由各个公司自行解决。这是一项庞大的计划，到目前为止，德国只有８座向公众开放的加气站。道达尔公司负责人Hans-Christian Gützkow认为：“就技术而言，修建这些设施不成问题。”因为把７００个大气压的氢气装入汽车的技术问题已经解决。加气嘴会自动封严气缸，注入燃料。另外加气站的存储、压缩形式也多种多样。由于规模小，目前的成本还比传统加油技术高很多，不过“一旦有了需求，价格就会相应调整。” 谁为扩建买单？ 扩建资金的来源目前仍是个问题。咨询公司Ludwig-Blkow-Systemtechnik的Ulrich Bünger多年来一直为企业以及政府提供相关的分析，他认为“原油公司没兴趣为新的燃料技术投入太多资金。”特别是在风险最高的头三年没有兴趣。因为只有几万辆氢气驱动汽车上路根本无法让原油公司获利。毕竟英国石油公司和埃克森美孚现在都没参与任何氢燃料项目。而壳牌尽管在德国建了两座加气站，还是把未来重点放在生物燃料以及目前仍有大量储备的天然气上。四大原油公司中只有道达尔致力于新燃料的开发。 不过也许修建加气站根本就不需要现有原油公司的参与。在英国，能源供应商、汽车制造商和天然气生产商才刚刚共同组成了一个财团负责修建加氢站，没有通过任何原油公司。在德国，戴姆勒和林德计划共同修建２０座自己的加氢站。林德负责人Wolfgang Reitzle表示，“希望通过这种方式推进新技术的发展，同时也解决鸡与蛋的问题。”他认为，几年后，加氢的开销就会降到和加汽油一样。 至少对燃料电池技术的先驱戴姆勒而言，基础设施并不是一个伤脑筋的问题。研发负责人Mohrdieck兴致勃勃地介绍说，燃料电池汽车不但“环保、行驶公里数长，加汽时间短，而且与内燃机车相比，电动马达可以给驾驶员带去更多的驾驶乐趣。”他认为，即使一开始缺少公共加气站，新技术还是会受到企业用车以及出租车公司的青睐。 当然，新技术对汽车制造商自身也并非毫无益处：只有清洁的氢气才能让戴姆勒公司符合欧盟越来越严格的二氧化碳排放标准。不过Mohrdieck相信，随着石油越来越短缺，越来越昂贵，即使没有政策的推动，氢气早晚有一天也会取代石油，成为未来的燃料。