利用光伏、風(fēng)能等可再生能源生產(chǎn)的電力，通過電解水和甲烷化的兩個步驟生產(chǎn)氫氣和甲烷，這一過程被稱為電轉(zhuǎn)氣（PtG）。從電力到天然氣的生產(chǎn)第一步就是利用可再生能源電力通過電解水的方式合成氫，生產(chǎn)的氫氣可以直接使用，也可以通過氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷。
業(yè)界認(rèn)為，將“綠色氫氣”（即使用可再生能源制成的氫氣）像石油一樣通過管道或?qū)Ｓ么惠斔偷绞澜绲母鱾€角落，這在未來會非常常見?！熬G色氫氣”或?qū)⒊蔀槔^石油、天然氣之后的世界第三大能源。
在德國，電轉(zhuǎn)氣已被業(yè)內(nèi)人士視為實現(xiàn)脫碳的重要路徑之一。過去十年，德國一直在進(jìn)行電轉(zhuǎn)氣技術(shù)試驗，已將該技術(shù)視為利用可再生能源的一項重要儲能技術(shù)，并列入能源轉(zhuǎn)型計劃。雖然電轉(zhuǎn)氣技術(shù)被業(yè)內(nèi)看好，但截至目前德國僅有35個電轉(zhuǎn)氣工廠正在運(yùn)行，總裝機(jī)容量為30兆瓦，最大的裝機(jī)容量僅為6兆瓦。其中多數(shù)是小規(guī)模的試點或示范項目，并用于研究目的。
毫無疑問，利用電轉(zhuǎn)氣技術(shù)生產(chǎn)氫氣和甲烷可以解決能源部門最棘手的挑戰(zhàn)，作為能源的載體，氫氣和電力在能源轉(zhuǎn)型中互為補(bǔ)充。用可再生能源電力生產(chǎn)氫氣，從技術(shù)上有可能將大量可再生能源電力轉(zhuǎn)移到很難實現(xiàn)脫碳化的部門，如工業(yè)、交通部門，以及建筑和電力部門。
甲烷是天然氣的關(guān)鍵成分，甲烷化過程中使用的二氧化碳從空氣中捕集，或從生物質(zhì)和沼氣中捕集，以確保封閉的碳循環(huán)。如果二氧化碳來自化石能源，就像在目前的工業(yè)過程中那樣，此過程將不被視為脫碳過程。
電轉(zhuǎn)氣劃算嗎？
電轉(zhuǎn)氣過程中產(chǎn)生的能量有很高的價值，合成氣體可用于長時間儲存并運(yùn)輸良好。但使用現(xiàn)有技術(shù)，儲能電池?zé)o法存儲足夠的能量，或以可承受的成本來平衡季節(jié)性波動。因此，德國目前還是使用傳統(tǒng)燃煤或燃?xì)怆姀S進(jìn)行調(diào)峰，并將在未來幾年繼續(xù)這樣做。
電轉(zhuǎn)氣技術(shù)也可能是工業(yè)部門長期脫碳的關(guān)鍵。德國工業(yè)聯(lián)合會2018年初發(fā)布了氣候路徑研究報告，得出的結(jié)論是，到2050年，德國要實現(xiàn)溫室氣體排放量減少95％的上限目標(biāo)，其整個天然氣供應(yīng)需用沼氣和合成氣體代替，以降低工業(yè)燃燒過程產(chǎn)生的碳排放。
值得注意的是，電轉(zhuǎn)氣技術(shù)也有明顯的缺點。在電解、甲烷化和儲存過程中會損失大量能量，這意味著，生產(chǎn)過程需要消耗大量可再生能源電力。電解后，僅剩下67%~81％的能量，而在甲烷化步驟后，僅留下54%~65％的能量。這說明，電轉(zhuǎn)氣生產(chǎn)過程比較費(fèi)力，并且比直接用電更昂貴且效率更低。
2018年，咨詢公司Enervis做了一項分析，比較了10項關(guān)于電轉(zhuǎn)氣技術(shù)未來應(yīng)用的不同研究，得出的結(jié)論是，德國在減少碳排放方面更雄心勃勃，對電轉(zhuǎn)氣的需求將更大。
規(guī)模化的前景
從中長期來看，氫氣可成為遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和分配可再生能源的一種方式，特別是在電網(wǎng)容量不足或電網(wǎng)建設(shè)難度大、成本高的情況下。在德國，由于高壓輸電線路建設(shè)的滯后，無法將北方的風(fēng)電運(yùn)輸?shù)侥戏诫娏π枨蟾叩貐^(qū)，許多人已將電轉(zhuǎn)氣視為在德國北部利用剩余風(fēng)電的一種方式。然而，該技術(shù)僅在德國30多個研究和試點項目中啟動并運(yùn)行，而且技術(shù)遠(yuǎn)未實現(xiàn)盈利。
如果沒有政府支持和監(jiān)管，電轉(zhuǎn)氣的高成本意味著其無法與傳統(tǒng)工藝競爭，國家需要出臺相關(guān)政策扶持規(guī)?；耐茝V，如規(guī)定合成氣在能源結(jié)構(gòu)中的配額，或提高碳排放價格。
對于德國這樣的工業(yè)國家，電轉(zhuǎn)氣的規(guī)模化試驗也會帶來額外的經(jīng)濟(jì)效益。世界各國面臨削減化石燃料用量的壓力，德國可從出口該技術(shù)中受益。
但在本土大規(guī)模生產(chǎn)合成氣的可能性有限。咨詢機(jī)構(gòu)Agora表示，德國北部目前沒有足夠的電力供電轉(zhuǎn)氣技術(shù)盈利。由于固定成本較高，電轉(zhuǎn)氣設(shè)施需要盡可能滿負(fù)荷運(yùn)行。
根據(jù)Nature Energy雜志的一項研究，利用電轉(zhuǎn)氣技術(shù)在利基市場（是在較大的細(xì)分市場中具有相似興趣或需求的一小群顧客所占有的市場空間）已具有成本競爭力，且十年內(nèi)可能在工業(yè)規(guī)模應(yīng)用中具有競爭力。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)聯(lián)合曼海姆大學(xué)和斯坦福大學(xué)商學(xué)院模擬了德國和美國得克薩斯州的能源市場。得出的結(jié)論是，如果最近的趨勢持續(xù)存在，并且出現(xiàn)某些監(jiān)管變化或激勵措施，電轉(zhuǎn)氣技術(shù)可能比預(yù)期更有吸引力。
近期，輸電網(wǎng)運(yùn)營商Amprion和天然氣輸電網(wǎng)運(yùn)營商OGE對外宣稱，希望在德國進(jìn)行工業(yè)規(guī)模級別的電轉(zhuǎn)氣技術(shù)測試，以便更好地將電力與其他部門整合。他們計劃建50~100兆瓦的設(shè)施，通過電轉(zhuǎn)氣過程可為取暖和運(yùn)輸提供無碳或碳中和燃料。
據(jù)統(tǒng)計，在德國，16個工業(yè)規(guī)模的電轉(zhuǎn)氣項目仍在規(guī)劃中，未來總產(chǎn)能將大幅增加，其中HYBRIDGE和ELEMENT ONE兩個項目將在德國下薩克森州的兩個不同地點選址。根據(jù)目前規(guī)劃，ELEMENT ONE項目將于2022年運(yùn)營，HYBRIDGE將于2023年全面投入運(yùn)營。
據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)Agora的估算，歐洲目前電轉(zhuǎn)氣技術(shù)的成本約0.2~0.3歐元（約合0.22~0.33美元）/千瓦時，如果2050年可再生能源電力制氫規(guī)?？梢赃_(dá)到100兆瓦，成本將降到0.1歐元/千瓦時。
Amprion公司董事會成員克勞斯表示，“德國為了完成退出核能和煤炭的目標(biāo)，給整個能源行業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。到2030年，我們必須創(chuàng)造條件，使得千兆瓦規(guī)模的電轉(zhuǎn)氣技術(shù)準(zhǔn)備就緒，才能建立一個將不同能源部門聯(lián)系起來的系統(tǒng)”。
