欧盟将为氢能开发投入4万亿元,掌握下一代终极能源

荷兰北部的海上正在进行从海水制取“绿氢”的项目。这是欧洲最大规模的氢能项目“NortH2”。到2030年将建成世界最大的4吉瓦级海上风力发电厂,利用其电力电解海水制取氢气。

欧洲最大规模的氢能项目“NortH2”

根据制取方法的不同将氢能分为“灰色”、“蓝色”和“绿色”三类。具体为,将从化石燃料中提取出的氢气称为“灰氢”,将在制氢过程中加上碳捕捉和贮存(CCS)技术回收二氧化碳(CO2)后制取的氢气称为“蓝氢”,将利用可再生能源电解水制取的氢气称为无碳的“绿氢”。“NortH2”利用海上风力制造绿色氢气,到2040年将减少800~1000万吨的CO2排放。

该项目的核心部分由石油巨头荷兰皇家壳牌负责。欧盟(EU)计划到2050年将海上风电提高到目前的25倍,向氢能战略投入4700亿欧元(约4万亿元)。欧盟委员会副主席弗兰斯·蒂默曼斯表示,“利用可再生能源制取氢气将得到最大的政策支持”。

氢气蕴含巨大的能量,可以用作火箭或飞机的燃料,而且燃烧后也不会产生温室气体。氢气成为钢铁、化学、制造业等排放温室气体产业实现脱碳化的关键。氢气可以说是一种“终极能源”,例如为保存不稳定的可再生能源,可通过电解制氢将其转换成氢气。

氢能普及的关键是制造成本。技术领先的欧洲生产1千克绿色氢气也需要花费6美元(约38元)左右。根据由能源巨头等组成的氢能委员会推算,如果到2030年氢气的制造成本下降到1.8美元(约11.6元)的话,就能满足世界15%的能源需求。

日本也为“氢能社会”展开行动

东京瓦斯株式会社于2019年11月宣布“2050年前后实现温室气体净零排放”。内田高史社长表示,“在制氢方面,将‘提前实现’政府目标,即在2030年将目前氢气流通价格(每千克约1100日元(约68元))降低至三分之一”。

东京瓦斯的王牌是销售了14万台的家用燃料电池“Ene-Farm”的技术。Ene-Farm通过使从天然气中提取的氢气和空气中的氧气进行化学反应而产生电力。逆转该原理,电解水生成氢气。通过部件的小型化来减少昂贵的材料,并通过装置的工序自动化来降低成本。如果量产化能降低装置的价格,下一个阶段就要考虑从哪里采购便宜的可再生能源电力。

全日本范围内已开始利用太阳能制造氢气。2020年2月,在东北电力株式会社原计划建设核电站的福岛县浪江町建成了世界最大规模的制氢工厂“福岛氢能研究基地(FH2R)”。日本新能源与产业技术综合开发机构(NEDO)、东北电力以及东芝负责制氢系统的整合。世界最大规模的电解装置是由旭化成开发的。

虽然日本在技术开发方面取得了进步,但实现氢能社会还面临重重障碍。据估算,在可再生能源起步较晚的日本,制造绿氢的成本约为现在氢气流通价格的10倍。为了保证低价的氢气供应,需要具备包括CO2回收技术在内的生产设施、能源运输船、接收基地等基础设施。

困难也暗示着机遇。需要能源多样化的日本从20世纪60年代开始就在世界上率先进行了液化天然气(LNG)的采购。当初也有人担心风险,不过对液化设备等基础设施进行完善后,目前电力的约4成由LNG供应。现在,日本在液化天然气领域已发展为可向其他亚洲国家出口相关基础设施。为了实现氢能社会,需要国家的决心和战略。

名古屋大学天野浩教授:可再生能源“有利可图”

天野浩教授表示:为实现碳中和,创新不可或缺。

2021年应是日本脱碳化的起始之年,需要大家朝着脱碳这个共同目标而努力。菅义伟首相提出高目标是件好事,现在是时候向碳中和迈出一步了。可再生能源的成本很高,我们想打破人们对其“烧钱”的印象,强调再生能源是“有利可图”的。

根据名古屋大学的分析,2050年实现碳中和需要165万亿日元(约10.14万亿元),平均每年为5.5万亿日元(约3.38千亿元)。如果能够通过对可再生能源的投资实现能源国产化,资源进口就会减少。如果资金在日本国内循环,对经济也是有好处的。从2033年开始单年度扭亏为盈,到2043年累计赤字也能扭亏为盈。创新对于碳中和的实现是必不可少的。蓝色发光二极管(LED)从晶体成型到市场规模达到1万亿日元(约615亿元),用了将近30年的时间。如果碳中和的目标是2050年的话,现在不准备就来不及了。

天野教授正在研究有望实现节能的“氮化镓”作为半导体的新材料。如果将世界上控制电力的硅材料元件换成氮化镓材料,耗电量将减少10%。将氮化镓应用于电动汽车(EV)的电机控制后成功降低了最多65%的电力消耗。虽然也有能源效率无法提高的悲观论,但还是希望企业和研究人员能够对此进行挑战。

氮化镓还有助于扩大可再生能源的利用。针对海上风力发电,已经开发出一种将高压直流电高效地转换为交流电的装置。据估算,氮化镓器件可以将剩余电能的37%用于无线供电。如果将剩余电力用于EV、无人机、智能手机等的充电,效率和便利性都会提高。天野教授认为超低功耗也有助于大容量高速通信,并且也已开始了这方面的研究。

2050年实现碳中和的目标不只需要技术上的进步。办公室和行政系统的高效化也是必要的。政府机关和地方政府都引进了自己的系统,标准不一,灵活性差,因此应该统一标准。竞争固然重要,但合作也很重要。为在展望国家未来前景的同时解决相关课题,大学等机构的人才教育非常重要。

天野教授希望培养出能够在10年内实现使用蓝色LED要耗费30年的工艺。如果让毕业生担任企业的核心职位,世界也将会发生改变。日本的制造企业在技术上领先,一开始利润很大,但随着价格竞争激烈,利润越来越少,最终放弃。日本研发新技术的能力很强。不断创造新技术才是理想状态。重要的是培养更多持有“我能行”“我要超越GAFA(Google、Amazon、Facebook、Apple)”这种态度的年轻人。

天野教授还表示,“2010年左右我们改变了照明领域,今后要在2025年左右改变生活环境,2030年左右改变汽车等移动工具,到2050年,实现高度管理能源供需的IoE(能源互联网)和碳中和,我们正以这样的目标进行研究。如果大学里研发出了与脱碳有关的新技术,希望有更多的企业能够应用这种技术。”

天野浩
1983年毕业于名古屋大学。通过对蓝色LED的研究,为减少世界电力消耗做出了贡献,2014年与赤崎勇、中村修二两位博士一起获得了诺贝尔物理学奖。现任名古屋大学未来电子集成研究中心的负责人。


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