2025年10月15日
發展氫能經濟需要大量的氫氣，最好是來自再生能源，以取代能源、交通和工業領域的化石燃料——天然氣、石油和煤炭。另一個基本前提是擁有適當的基礎設施來儲存、運輸和分配氫氣。只有具備這兩個要素，這項轉型才能成功，使德國和歐洲減少對外部影響的依賴，並降低對氣候的危害。在儲存和基礎設施方面，德國尤其可以依賴現有基礎設施：德國擁有4萬公里的長距離管道和55萬公里的配送網絡，其天然氣管網長度是德國所有高速公路總長度的45倍。德國在地上和地下儲氣方面也處於領先地位。鹽穴在儲存大量氫氣方面也發揮著重要作用。在一次訪談中，德國航空航天中心（DLR）網路能源系統研究所所長卡斯滕·阿格特教授解釋了鹽穴儲氣的原理，以及利用現有基礎設施啟動氫能經濟的方案。
什麼是鹽穴儲存設施？它們是如何運作的？
鹽穴是在鹽岩深處人工形成的空腔。它們是由深層鑽探將岩鹽沖刷出來形成的。留下的是一個封閉的空腔，就像一個巨大的地下儲罐，高300至500米，直徑60至80米。幾十年來，鹽穴一直被用來儲存大量原油或天然氣，儲存期長達數月。這是一個經過驗證且安全可靠的方法。
為什麼鹽穴特別適合儲存氫氣？
目前，德國航空航天中心（DLR）的能源研究計畫之一就是與業界合作，探索天然氣儲存設施在多大程度上可以轉換為氫氣儲存設施。目前，德國各地共有240至250個洞穴用於儲存天然氣。這些洞穴也可能適用於儲存氫氣。這將顯著降低建造新儲存設施的成本和時間。建造一個新洞穴大約需要七到八年時間，具體取決於當地條件和規劃程序。將洞穴轉換為氫氣儲存設施給我們帶來了複雜的技術挑戰：由於氫氣和天然氣的化學性質不同，閥門和密封件等組件必須進行調整。天然氣淨化系統和壓縮機站也是如此。但是，我們基本上可以繼續利用現有的專業知識和大部分現有基礎設施。
我們為什麼需要這種類型的儲氫？
電解制氫和再生能源發電將在很大程度上與消費需求錯開。因此，以核心電網為中心的完整氫能係統，如果沒有儲存洞穴，基本上不可能運作。此外，只有洞穴才能提供必要的儲存容量，例如，如果要透過船舶運輸大量進口氫氣。此外，可能需要開發更多的鹽穴來滿足氫能經濟未來的儲存需求。這與德國北部擁有歐洲最大的地下鹽丘儲量這一事實相符。這些是建造人工洞穴的先決條件。因此，就地質條件而言，德國比鄰國擁有顯著的區域優勢。我們應該經濟地利用這一優勢。
洞穴儲存仍需解決哪些挑戰？ DLR 研究對此有何貢獻？
氫氣的品質對消費者而言至關重要。即使在儲存於洞穴之前，氫氣的品質也存在差異，並且取決於生產和運輸過程。在 HyCAVmobil 研究計畫中，我們與 EWE GASSPEICHER 公司合作，該公司經營位於勃蘭登堡州呂德斯多夫的一個新測試洞穴。我們進一步開發了微量氣體分析技術，並檢測了必須符合最高純度標準的氫氣樣品。我們的分析結果有助於減少未來氣體淨化所需的組件數量，從而顯著降低投資成本。德國航空航天中心 (DLR) 正在 H2CAST-Ready 和 H2CAST-Prove 專案中研究將天然氣洞穴改造成儲氫設施。例如，我們正在模擬和測試位於下薩克森州埃策爾的一座現有洞穴，包括與其相連的天然氣管網。我們也為德國氫氣核心網路開發了一個動態模型，以便能夠使用數學描述來精確分析未來洞穴的運作。此外，我們的現場專案團隊也為地面系統的建設提供支援。
在未來的氫經濟中，儲存和核心電網如何相互作用？
德國氫能核心網路是歐洲規劃中規模最大的氫能網路。其主要功能是連接德國境內的氫氣生產、儲存和消費場所。該網路計畫由長距離天然氣網路營運商於2032年建成，總長約9,000公里。在此背景下，也計劃重新利用部分現有天然氣基礎設施，繼續用於氫能核心網路。核心網路將包含約60%的此類管道。如前文所述，如果沒有儲氫設施，圍繞核心網路的整個氫能係統就無法真正運行，因為氫氣的生產和消費並不同步，因此需要依賴緩衝。
在氫經濟的背景下，我們談論的氫的數量是多少？
根據不同情景，我們預計到 2045 年德國的氫氣需求量將達到每年數百太瓦時。具體來說，我們需要區分不同的用途：工業領域已經需要大量的氫氣，這些氫氣通常直接從天然氣現場生產。現有的天然氣基礎設施可以輕鬆實現這一點。如果這些以及其他大型消費者，例如鋼鐵業、煉油廠和備用發電廠，要從核心電網獲得綠色氫氣供應，整體需求將迅速成長。為了確保核心氫氣電網穩定啟動，需要約 5 太瓦時的儲存容量。這個容量相對較小，但對於電網的運作至關重要——不僅僅是在起步階段。從長遠來看，我們預計德國的氫氣儲存需求量約為 40 至 80 太瓦時。透過重新利用天然氣儲存設施和建造新的儲氣庫，這些目標可以在現有標準下實現。
氫經濟的發展將如何影響德國及其產業？
無論是從安全政策或地緣戰略角度來看，運作良好的歐洲氫能經濟都能增強德國工業抵禦外部影響的韌性。透過發展氫能經濟，我們將逐步減少德國工業對石油、天然氣和煤炭進口的依賴。因此，從長遠來看，不僅僅是由於氣候變化，將德國及其工業轉向綠色電力、氫能、氫能衍生物（例如氨）以及可再生燃料是別無選擇。我堅信，發展氫能經濟符合我們的安全、獨立、就業保障和永續繁榮的利益。
進入氫經濟需要哪些發展？
首先，我們需要降低氫氣生產的成本。現行法規——尤其是在歐洲層面——大幅提高了這種本已難以進入市場的產品的成本。同時，不僅要考慮供應和基礎設施方面，還要積極支持消費者和客戶的需求。從目前的角度來看，這些需求主要包括鋼鐵和化學工業，以及需要高溫加熱的煉油廠和加工工業，此外還有電力產業的備用發電廠和永續燃料的生產。
[照片]
(A) 測試洞穴示意圖
在 HyCAVmobil 計畫中，德國航空航天中心網路能源系統研究所與 EWE GASSPEICHER 合作研究如何在測試洞穴中儲存用於燃料電池移動的純氫。
(B) 德國航太中心位於奧登堡的氫氣純度實驗室
含有精確定義雜質的氣體（左）用於校準高精度測量裝置（右）。這就是德國航空航天中心的研究人員研究氫氣純度的方法。
(C) 在實驗室中測試鋼樣品
德國航空航天中心 (DLR) 也正在研究氫洞條件下鋼材料的抗力。
(D) 洞穴條件的實驗室設置：高壓測試反應器（右）帶有溫度控制裝置（左），用於模擬壓力、溫度和氫氣氣氛
實驗室設施可以檢查洞穴中使用的材料，例如金屬或密封劑。微量氣體分析可以確定氫氣在儲存後是否符合燃料電池移動性的高品質要求。
(E) 卡斯滕·阿格特教授
德國航空航天中心網路能源系統研究所所長