P2G

氫的利用，此前一直都以使用燃料電池發電的方法為中心。但最近，在城市燃氣中混合氫，將其用作火力發電的燃料，或者把氫轉換成甲烷等化學燃料的動向越來越活躍。具有代表性的項目就是德國推的“P2G（Power To Gas）”項目。城市燃氣相關的能源公司以及想以天然氣為燃料的汽車廠商都在進行探討。

該項目的背景源於德國可再生能源導入量的擴大。德國打算2022年之前全面廢除核電，擴大可再生能源的比例。2012年，可再生能源在德國總發電量中所佔的比例達到了22%，2020年計劃將其提高到35%，2030年進一步提高到50%。

其中，風力發電的導入量集中在風力條件良好的德國北部地區，但電力需求集中在產業較多的南部，但連接德國南北地區的高壓輸電線容量不足，無法輸送，出現了不得不減少輸出的情況。

為此，德國E.ON和Greenpeace Energy等能源公司利用風力發電的剩餘電力電解水生成氫，然後提供給現有的燃氣管道網路。在利用剩餘電力的同時，通過在城市燃氣中添加氫，預計可削減硫氧化物（SOX）和氮氧化物（NOX）等有害物質的排放。

把利用風力發電剩餘電力生成的氫用於熱電聯產的項目也已經啟動。例如，位於德國勃蘭登堡州普倫茨勞的風力發電公司Enertrag從2011年10月開始把風力發電的電力併入電網，而且還啟動了氫生成設備。3台2MW風力發電設備（合計為6MW）發電的電力基本全部併入電網，在夜間等電力需求低，有剩餘電力時，通過電解水製造氫儲藏起來。

比較有趣的是，把儲藏的氫與通過生物質製造的甲烷等可燃性氣體（生物燃氣）混合後用於熱電聯產單元這種做法。熱電聯產單元發電的電力併入電網，廢熱用於區域供暖。部分氫還提供給柏林市內等的燃料電池車（FCV）和氫發動機車的加氫站。

不把氫直接混合到城市燃氣中，而是利用氫製造甲烷的做法也越來越活躍。其中利用了從氫和CO2中製造甲烷和多種碳化氫的反應過程。其出發點是利用氫還原CO2製造CO和水的反應，稱為“逆向轉移反應”。

■逆向轉移反應nH2+nCO2 → nCO+nH2O在CO中再次混合H2，通過甲烷化反應大量合成甲烷。

■甲烷化反應CO+3H2 → CH4+H2O

在德國，Solar Fuel公司建設了利用光伏發電和風力發電的剩餘電力、水及大氣中的CO2，通過甲烷化反應製造甲烷的工廠，已經開始推進驗證實驗（圖5）。2009年運行了利用可再生能源的25kW試製品，以40%的效率成功製造了甲烷。

Solar Fuel公司在利用可再生能源的電力、電解水生成的氫，以及空氣中的CO2製造甲烷的工廠中，推進了驗證實驗。

2013年把規模擴大到了20MW，計劃實現商用化。該公司打算將製造的甲烷直接供應給天然氣管道網。可直接利用城市燃氣的基礎設施，而且城市燃氣有望實現零碳化。

源自氫的甲烷提供給CNG車

打算把源自氫的甲烷用於CNG車，使CNG車實現零碳化的是德國奧迪。該公司2013年6月啟動了製造甲烷的工廠，利用以6MW的設備電解水生成的氫來製造，2013年秋已開始全面投入使用。該公司把這種合成甲烷稱為“e-gas”。

e-gas工廠建於拜恩州英戈爾施塔特，擁有每年製造1000噸甲烷的生產能力。這是奧迪與德國ETOGAS公司和德國MT-BioMethan公司的共同業務，得到了裝置廠商SolarFuel的協助。e-gas製造工廠毗鄰生物燃氣製造工廠，作為原料的CO2可以利用生物燃氣工廠的廢氣，而製造甲烷時的廢熱則可以用於生物燃氣工廠。

奧迪2013年3月上市了新款CNG車“A3 Sportback g-tron”，面向該車優先銷售e-gas工廠製造的甲烷。另外，製造的甲烷還計劃供應給公共燃氣管道網。

不僅是德國，美國也在美國能源部（Department of Energy）的主導下啟動了利用源自可再生能源的氫製造化學燃料的項目“Eelectrofuels Program”。特點是，在組合氫與CO2的基礎上，還採用微生物製造液體化學燃料。沒有利用上述甲烷化反應那樣的化學反應，而是利用了通過微生物生成甲烷和丁醇等的過程。目前尚處於基礎階段，不過在CO2的固定化方面受到了關注。

還有望與CCS組合

如上所述，如果能用氫和CO2製造化學燃料和化學品，將來在化石燃料枯竭時，CO2可能會成為非常寶貴的碳源。

2020年以後，全球將開始實施CCS（carbon dioxide capture and storage），回收CO2儲藏在地下和水中。而氫領域也將試著通過天然氣田和煤田對化石燃料進行改質和氣化以製造氫，並開始大量運輸和供給。因此，通過CCS儲藏的CO2與氫組合使用的方法有望形成一項業務。