氢气与新燃料

德国的道路交通绝对称不上世界典范，在可再生能源的使用方面尤为如此。据德国环境署发布的数据，2015年德国道路和轨道交通总能耗中，仅有5.3%的能源由风电、光伏发电或生物质发电提供，其余能源均来自化石燃料。在过去十年间，可再生能源占全国能源总产量的比例一直停滞不前。这也意味着德国的道路交通领域依然没有表现出能源转型的迹象。

但是，在交通领域，为了顺应提升可再生能源比重的全球性目标，这种情况即将发生改变。例如，西门子研究人员已研发出了一种反应器，能够将氢气高效地转化为诸如甲醇等燃料。甲醇的化学成分与乙醇类似，在交通运输行业适合作为柴油与汽油的替代品。

储存过剩电能

使用氢气作为原料是非常聪明的做法，因为氢气的产量将随逐渐增多的可再生能源使用而增加。例如，风电产生的过剩电能可用于电解，而电解过程会产生氢气，这实际上是储存了过剩的电能。在一项名为“Green Liq”的研究项目中，西门子研究人员携手埃尔兰根—纽伦堡大学的化学反应工程研究所，共同探索如何利用氢气制成替代性碳中和燃料。

这一理念源自西门子的一项校园战略计划。该计划旨在加强西门子与科研院所在电力工程领域的合作。

研究初期，西门子及其合作伙伴对各类氢气产物进行了评估。评估的关键参数包括化学产物的复杂度、效率、相关生产成本以及公众接受程度等。Green Liq的项目经理Alexander Tremel表示：“评估后，我们认定甲醇和甲烷是重要的目标产物。二者均可用作燃料使用。”

增强型甲醇生产工艺

评估完成后，专家构想出了一套反应器的概念，并在埃尔兰根—纽伦堡大学的一间实验室里搭建了一套演示装置。演示装置经西门子调试后，输出功率最高可达五千瓦。装置运用的原理十分简单：利用风电电能电解水来制氢。由于西门子已在Mainz Energy Park内的大型演示设施上进行电解水制氢了，Green Liq项目侧重于借助二氧化碳将氢气转化为液体燃料。

生物甲烷装置等生物设施以及水泥生产厂等工业设施均会产生大量二氧化碳。在能量转化链上，它是由可再生能源电力制成的氢气的理想载体。这一概念的独特之处在于反应器中混合了一种吸收性液体，令甲醇产量得以提升。通常情况下，甲醇产量较低，这是因为只有将残余氢气和二氧化碳气体反复送入反应器，才能生产出更多甲醇。Tremel指出：“借助这种吸收性液体，我们再也不用重新将气体送回反应器。这提高了甲醇生产工艺的效率。”

有很多因素都让生物燃料的生产颇具吸引力。在未来，它们将在交通领域的能源转型进程中扮演重要角色。

动态反应器

西门子的技术与传统甲醇生产工艺仍有其它不同之处。在传统的工业生产中，甲醛是在一个连续的过程中由合成气体产生。这种生产方式的问题在于，它并非专门针对可再生能源的快速负载的周期性波动而设计。而电解槽则可以高度灵活运行且能根据风能与太阳能的快速波动进行调整。

西门子提供的动态反应器是攻克这一难题的完美方案。它能随波动调节，并能对快速启动或部分负载做出即时响应。由于气体无需再次循环，系统得到简化，负载灵活性也有所提升。此外，系统中的吸收性液体可以充当热缓冲器以抑制温度波动。Tremel说：“要想提高重型和长途运输领域中太阳能和风能这类替代性燃料的使用比例，一定要使用像西门子的反应器这样的技术。”

百万瓦级电解装置？

对西门子而言，这是一个很好的消息。近年来，随着效率大幅提升，市场上出现了大量价格合理的可再生能源电力，这使西门子受益颇丰。与此同时，可再生燃料产生的附加值已明显超过传统化石燃料。不仅如此，现已有64个国家就低碳或碳中和生物燃料设定了明确目标。

西门子的目标远不止研发演示装置。西门子工业过程与化学转化研究小组负责人Manfred Baldauf表示：“我们的目标是在2017年秋季前设计出输出功率约为100千瓦的试点设施。”他和他的团队也在构想基于Green Liq技术的百万瓦级商用设施。长远来看，Green Liq技术将有助于减少交通运输相关的二氧化碳排放，并进一步推动能源转型的进程。