未来的氢能工厂

能源转型的成功和气候目标的实现离不开氢能。它也是部门能源挂钩迫切需要的基石，为工业的电力和热力供给及交通出行提供环保型的解决方案。只有当人们利用可再生能源生成氢能时，这种多样化的能量源才具有环保的特性。弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所（IFF）为此研发了分布式、模块化、按需调节的绿色氢能生产和分配解决方案。

全世界范围的温室气体排放须大幅降低，只有这样才能限制全球变暖。电转X技术是助力实现目标的希望之星：可再生能源发电的电力转化为氢能，可用来驱动燃料电池机动车。马格德堡弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的研究人员希望在此基础上往前再迈进一步：他们利用未来一代的氢能工厂制定了可为工商业和交通部门分布式和模块化生产和分配氢能的方案，并且涵盖了整条价值创造链。“光电和风电可将水裂解为氢气和氧气。人们将这个过程称作为电解。氢气被储存起来，并可借助机动车内的燃料电池转化为行驶所需的电力。该技术的受众主要为工业和商业园区的小型运输工具和叉车”，弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的科学家托斯腾·比尔特博士（Torsten Birth）解释道，“除此之外，我们希望能为工业提供电、气和热。电解过程中所产生的氢气可馈入气网，作为动力燃料使用，也可转化为甲烷或甲醇，作为工业原材料。”

氢能生产与沼气设备的接合

为了实践氢能工厂的构想，研究人员开发了模块化可扩展的组件，这些组件能够互相连接，应用于商业和工业园区。氢能生产的电化学或生物化学工艺的选择遵循因地制宜的原则。“不是所有的地方都适合建设风电和光电设施。我们注重因地制宜的解决方案，在生产过程中也使用了沼气设备。萨安州戈门（Gommern）附近计划建造一座试点发电厂”，身为工程师的比尔特博士继续介绍说，“无论如何，最终我们获得的始终是绿色氢能。”

在HyPerFerMent I项目中，弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所与MicroPro有限公司及Streicher装备制造有限两合公司（Streicher Anlagenbau）合作，从生物质中提取可再生的氢能。项目采用一种类似于沼气生产的特殊发酵工艺，采用特定的微生物，可以直接从有机废料中生成氢能。特定的细菌在新陈代谢时会生成一种氢和二氧化碳的混合气体，其中有50%到60%的氢含量。这些氢成分后期可以通过二氧化碳析出提纯。比尔特博士介绍说：“利用发酵工艺生产生物氢能的方法未来将在分布式氢能生产中起到十分重要的作用。”

工业和商业园区的移动加氢站

在小型分配系统移动模块化加氢站（MMH2P）项目中，弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的研究人员携手Anleg有限公司，开发了一款移动式、模块化的加氢站系统，针对200公里以下的短途出行。这是一种小型挂车，加载了带有空压机的可扩展蓄压器系统，该系统在加注氢气后可作为移动加氢站使用。德国联邦教育和研究部（BMBF）为该研究计划提供财政资助。

使用臭氧消毒

研究人员十分重视系统集成式的氢能生产。这意味着，他们不仅使用电解过程中生成的氢气，也应用氧气，比如将氧气用于焊接工艺或用于污水处理站的臭氧氧化处理。添加臭氧有助于清除废水所含有的药品、农药或化妆品等微污染物。另一个应用场景：在农业中，氧气可用于沼气设施的脱硫。

研究团队在“能源重镇施塔斯富特2020”和“能源重镇哈尔茨东部”项目中积累了大量可用以落实氢能工厂计划的专有技术。上述项目旨在实践地区能源项目，实现不同部门（电力、气、热力、交通出行）从化石能量源向本地获得可再生能源的转型，与此同时发展可再生的部门能源挂钩系统。

资料来源：弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的新闻稿

2020年4月2日