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保时捷与西门子能源携手合作伙伴推进合成燃料研发全球首个生产气候中性燃料的综合商用工厂正在智利投入建设

上海/斯图加特。世界知名跑车制造商保时捷、西门子能源与其他几家国际公司正携手开发“Haru Oni”试点项目,计划在智利建成全球首个生产气候中性合成燃料(亦称为e-fuels)的综合商用工厂。工厂预计最早将于 2022 年完成第一阶段试点,年产约 13 万升 e-fuels 合成燃料。在后续的两期试点阶段,工厂将在 2024 年和 2026 年分别实现 5,500 万升 和 5.5 亿升的年产量目标。成功研发后,保时捷计划率先将这种环保燃料应用于其赛车或跑车产品上。该项目的其他合作伙伴还包括 AME 能源公司、智利国家石油公司(ENAP)和意大利国家电力公司(Enel)。

“Haru Oni”试点项目选址智利南部的麦哲伦省(Magallanes),充分利用当地风力资源优势,借助绿色风能进行气候中性燃料生产。上周,德国联邦经济事务和能源部已宣布将此项目纳入德国国家氢能战略,并向西门子能源拨款约 800 万欧元,用于资助项目的研发和推进。此外,保时捷、西门子能源与AME能源公司还共同签署了一份合作备忘录,旨在加速扩大智利工厂的工业规模。

保时捷全球执行董事会主席奥博穆先生(Oliver Blume)表示:“电动出行是保时捷的首要发展方向,如果 e-fuels在智利成功量产,那么它将成为电动出行的重要补充,同时也是推动交通脱碳化的助力要素。它的优势在于应用简便,既可用于内燃机和插电式混合动力车型,也适用于现有的加油站网络。使用这种新型合成燃料,让我们能够进一步为气候保护做出自己的贡献。保时捷作为一家高性能跑车制造商,拥有广泛的技术专长,并且确切地知道使用何种发动机燃料可以最大限度地降低对气候的不利影响。因此,我们决定参与投建这座全球首个生产 e-fuels 合成燃料的综合商业用工厂,推动这种替代性燃料的未来发展。”

作为该燃料的首批用户,保时捷计划在第一阶段将产自智利工厂的e-fuels应用于若干试点项目中,其中包括保时捷赛车运动和保时捷体验中心用车,未来也有望用于其系列量产跑车中。此外,保时捷还宣布在该项目上的初期投资约为 2,000 万欧元。

保时捷已通过Taycan开启了通向纯电出行的征程,未来还将通过全新纯电动Macan进一步加速电动化布局。在此过程中,保时捷仍将延续三管齐下的产品战略:即同时推出激情澎湃的内燃机车型、高性能的插电式混合动力车型以及先锋的纯电动车型。此次合成燃料项目并不是要取代电动出行,而是对汽车工业电气化的有效补充,让内燃机车型在可能的情况下也实现碳中和运行。距离全球彻底实现汽车电动化目标仍有很长一段时间,各地区转换速度也不尽相同,同时还面临着充电基础设施的大规模投建。相比之下,e-fuels符合现行燃料标准,无需加工处理便可立即应用于任何内燃机车型和插电式混合动力车型,这将在很大程度上助力保时捷加快实现全面碳中和的目标。

西门子能源首席执行官 Christian Bruch 表示:“发展可持续能源经济需要转变思维方式。未来,可再生能源将不仅仅在有市场需求的地区生产,而风能、太阳能等自然能源丰富的地区也可能成为其产地。为支持可再生能源在地区间的运输,新的供应链将在世界各地兴起。这对为满足国内需求而依赖进口能源的德国来说尤为重要。其中,氢在能源的贮存和运输中也将扮演越来越重要的角色。德国政府对此项目的支持意义重大。”

德国联邦经济事务和能源部部长 Peter Altmaier 表示:“氢能源是在各个领域成功实现能源转型的关键。为此我们以‘国家氢能战略’为指导,围绕氢能带来的机遇,制定气候、能源和经济政策。我们知道,仅靠德国国内生产难以满足全国的能源需求,因此,建立国际合作伙伴关系势在必行。我很高兴地看到,保时捷与西门子能源在其他国家积极开发和生产绿色氢能及其衍生产品,同时还不断开拓和建设进口框架机制。现在,德国的专业创新技术将首次应用于这座综合性商业工厂中。”

西门子能源是此次“Haru Oni”项目(又称HIF项目)的联合开发商,也是覆盖整个价值链的系统集成商,其主要职责包括:利用西门子歌美飒(Siemens Gamesa) 风力发电制造绿色氢能源,再通过转换变为最终的合成燃料。同时,该公司灵活的质子交换膜(PEM)电解水制氢技术是应对不稳定风力发电的理想解决方案。

AME能源公司也是此项目的主要开发商和所有者。此外,意大利国家电力公司(Enel)作为工厂的联合投资方,侧重于开发风力发电和电解技术。同时,智利国家石油公司(ENAP)将为项目提供运营人员,并负责项目维护和物流支持。

智利拥有风力发电的优越气候条件,且用电成本低廉,具备面向全球市场生产、出口以及本地供给绿色氢能的巨大潜力。在制氢过程中,电解器需先利用风能将水分解为氧气和氢气。随后,氢气与从空气中过滤出的二氧化碳结合,形成合成甲醇。这种合成甲醇是可再生的,并可通过MTG(甲醇制汽油)技术转化为气候友好型燃料。目前,该技术已得到埃克森美孚公司(ExxonMobil)的许可和支持。

对话保时捷 | 保时捷与西门子能源携手合作伙伴推进e-Fuels合成燃料研发

近日,保时捷全球执行董事会成员、负责研究与开发的施德纳博士(Michael Steiner)接受媒体专访,针对保时捷与西门子能源携手合作伙伴推进合成燃料研发做出相关解读。

1. 问:e-fuels中的“e”代表“电动”(electric)。e-fuels与电动出行有着怎样的关系?
施德纳:从根本上讲,eFuels代表着实现电动出行的又一条可持续发展路线。与纯电动汽车类似,可再生电能也可用于采用eFuels燃料的内燃机汽车。而区别在于纯电动汽车的电能是以电化学形式储存在蓄电池里,而eFuels是以液态碳氢化合物的形式储存。

2. 问:什么是eFuels?它是如何制造的?
施德纳:eFuels是利用可再生能源(太阳能和风能等)发电,由氢气和二氧化碳合成的液体燃料。所需的氢气是从电解水中提取的,二氧化碳则通过直接空气捕集(Direct Air Capturing)技术从空气中获取。制造过程第一步,将氢气和二氧化碳合成e-甲醇(e-methanol)。第二步,即合成阶段,e-甲醇(e-methanol)经过进一步加工,就变成了e-fuel(e-petrol)。eFuels可用于所有传统燃油发动机。事实上,整条生产链几乎完全实现碳中和,因为eFuels的生产过程仅使用可再生能源,而发动机中的eFuels燃烧时所产生的二氧化碳数量要低于之前从空气中获取的二氧化碳数量。

3. 问:eFuels有哪些好处?
施德纳:如果e-fuels的生产过程仅采用可再生能源,那么在使用过程中就可显著减少纯内燃机汽车的二氧化碳排放。根据可用性情况,最初可通过e-fuels与传统燃料混合,达到减排效果,其后还可以单纯使用e-fuels。此外,现有的燃料贮存和配送基础设施仍可继续使用。e-fuels的人工合成,让有针对性的燃料设计成为可能。

4. 问:保时捷为何要参与eFuels的研发项目?
施德纳:保时捷已通过Taycan开启了通向纯电出行的征程,未来还将通过全新纯电动Macan继续向前推进。在这个过程中,保时捷仍将延续三管齐下的产品战略。未来一段时间内,我们的产品主要包括激情澎湃的内燃机车型、高性能的插电式混合动力车型以及先锋的纯电动车型。使用eFuels的内燃机车型和插电式混合动力车型几乎可以实现碳中和,从而有效减少二氧化碳排放。由于eFuels符合现行的燃料标准,不需要加工处理即可直接应用于现有的内燃机车型和插电式混合动力车型。作为一家高性能跑车制造商,我们拥有广泛的专业技术,并且清楚何种发动机燃料可以最大限度地降低对环境的不利影响。这意味着我们能够显著合积极地影响 eFuels 的开发,这要远远好于将开发任务委托给第三方,而无法直接管控燃料质量。

5. 问:eFuels 是否与电动出行构成竞争关系?
施德纳:保时捷拥有清晰的电气化战略,而且,由于首款纯电动跑车Taycan的推出大获成功,我们还将进一步在纯电动汽车市场推进我们的电气化战略。e-fuels并不是要取代电动出行,而是一种有效补充,让内燃机汽车在可能的情况下实现碳中和运行。这一点非常重要,因为我们至少还需花费几十年时间才能在全球范围内彻底实现车辆电动化,而且各个地区转换速度也不尽相同。与此同时,充电基础设施的建设也必不可少。相比之下,e-fuels可以立即应用于所有内燃机车型和插电式混合动力车型,比如,e-fuels可直接应用于所有 911 车型,无论是经典车还是新车。此外,现有的基础设施也同样支持e-fuels的运输和配送。正因如此,合成燃料成为助力交通脱碳化的重要因素,为保时捷的产品战略提供了完美支撑,它将在中短期内应用于保时捷进一步优化的内燃机车型和插电式混合动力车型。

6. 问:目前,德国工厂是否有足够的可再生能源来生产所需数量的eFuels?
施德纳:很长一段时间内,德国工厂仅能够提供有限的“绿色”电力。因此,这些绿色电力通常用于为纯电动跑车 Taycan,以及CayennePanamera E-Hybrid等插电式混合动力车型充电,还用于替代化石燃料所产生的电力。考虑到总体效率和可再生能源的供应情况,仅从德国的角度看,生产 e-fuels 似乎意义不大。不过,如果将 e-fuels 的生产放到那些风电、水电和太阳能发电装置使用率远高于德国、或者无法全部或部分使用电能的国家,并充分利用他们的丰富资源,那么 e-fuels 的吸引力会越来越大。
例如,在南美等合适地区安装的风力发电机,其发电量约为德国风力发电量的四倍。因此,将氢能生产转移到这样的地区是很有利的。氢气与从空气中过滤的二氧化碳结合形成甲醇,然后转化为便于运输的液体燃料e-fuels,这个流程可在当地进行。因为在当地产生的电能无法直接输送到德国,并应用在电动汽车上。
总之,从“油井到车轮”,或者说,从能源(即风力发电机)到燃料的能源转换效率是可以实现的。它与使用德国产绿色电力充电的纯电动汽车的能源规模相当。

7. 与 E10汽油或生物燃料等其他替代性燃料相比,eFuels在环保方面有什么优势?
施德纳:生物燃料的生产过程需要更多水,而且从其特性来看,在生产数量上也有所限制。不过,只要不与食品生产竞争,或者不造成毁林行为,生物燃料还会继续占有稳定的生产份额。这类燃料目前已作为添加物使用,因此对达成气候目标是有帮助的。

8. eFuels价格如何?
施德纳:目前,一升eFuels的价格当然远高于传统化石燃料。但是,如果将来eFuels不再限于试验设施小批量生产,而是实现大规模工业化生产,那么价格自然会下降。从中期来看,随着化石燃料二氧化碳价格上涨,eFuels 的价格也会与化石燃料维持在同等水平。此外,eFuels有助于减轻人们对化石燃料的过度依赖。

9. 保时捷如何看待燃料电池和氢气这两种能源?
施德纳:尽管我们自身未开发燃料电池,但我们一直在密切关注这方面的研究进展。这是一种非常有趣的技术,比如它适合长途重卡货运。不过,燃料电池不太适合我们的车型系列,主要是封装原因,另一个原因是,跑车的动力性能要求和冷却问题尚未得到满意解决。此外,除建电动车充电基础设施之外,加氢站还需要配备新的基础设施,这意味着需要更多的投资。
不过,我们正在密切关注制氢进程,因为对可使用现有服务站基础设施配送的eFuels来说,氢气是其生产的基础。此外,氢能还可以用于我们成熟的内燃机车型和日益增加的插电式混合动力车型。大体而言,eFuels是经过进一步处理的绿色氢气。

10. 在研发和制造eFuels初期需要消耗大量的能源。这明智吗,或者说高效吗?
施德纳:截至目前,效率标准仍主导着技术系统的开发,因为在使用汽油等有限资源时,消费驱动的标准是最重要的。毕竟,我们希望能源储量可以维持尽量长的时间。然而这种模式目前正在发生变化。风能、太阳能和水能为我们提供了丰富的可再生能源,这也让我们有机会率先推行可持续发展方案。纯粹的效率必然包括可持续发电。如果可持续性资产负债表为正,那么在总体流程链里消耗更多的能源是可以接受的。而且,更多的能源消耗不一定意味着更多的投资,比如,同样一个风力发动机,在南美和在德国产生的电量是不同的。

11. eFuels何时能大批量供应?或者说eFuels何时会完全取代化石燃料?
施德纳:只要有必要的投资意愿以及良好的政策和监管环境,预计最短十年内,欧盟市场就会有大量的eFuels供应。

12. 保时捷在该项目中扮演什么角色?
施德纳:保时捷将e-fuels价值创造链上的公司串联起来,推动公司间开展合作,实现技术互补。此外,保时捷还将贡献自身在发动机技术领域的专长。我们的目标是确保e-fuels与内燃机的兼容性。保时捷在发动机技术领域的专长及其与对燃料的研究,将为e-fuels的开发和规范做出贡献。保时捷还将在测试台和道路上对e-fuels进行严格测试,确保其满足保时捷赛车及其他车型的高标准要求。

13. 保时捷在该项目中的合作伙伴有哪些?它们各自扮演什么角色?
施德纳:西门子能源是该项目的联合开发商,也是覆盖整个价值链的系统集成商,其主要职责包括:利用西门子歌美飒(Siemens Gamesa)的风力发电机发电制造绿色氢能,再通过转换变为最终的合成燃料。AME能源也是该项目的主开发商和所有者。意大利国家电力公司(Enel)是工厂的联合投资方,侧重于开发风能和电解技术。智利国家石油公司(ENAP)将为项目提供运营人员,并负责维护和物流支持。这种绿色甲醇可通过MTG(甲醇制汽油)技术转化为气候友好型燃料。目前,该技术已得到埃克森美孚公司(ExxonMobil)的许可和支持。

14. 甲醇转化为汽油发动机燃料的具体工作原理是什么?
施德纳:“甲醇制汽油”(MTG)是一个化学反应过程,即由甲醇制成汽油的合成过程。思路是将甲醇从顶部倒入一个装满催化剂材料的管子。第一步,在14-24巴的压力和约400°℃的温度下,甲醇转化为甲醚。然后,在同一个管子,或在不同的管子里加入沸石催化剂,将温度和压力值调至与之前相同的标准,将甲醚选择性地转化为汽油燃料。Efuels可通过改变压力条件和催化剂,实现具有高度选择性的直接生产。

15. 这座工厂位于智利什么地方?
施德纳:该试点工厂位于智利最南部的麦哲伦省。距离工厂最近的大城市是麦哲伦省首府蓬塔阿雷纳斯(Punta Arenas)。

16. 保时捷在该项目中投资多少?
施德纳:保时捷在项目初期投资约为2,000万欧元。

17. 试点工厂的年产能预计是多少?可生产多少升甲醇,这些甲醇可制成多少升成品e-fuels?
施德纳:在试生产阶段(2021-2022年),工厂每年可生产600吨或75万升 e-甲醇(e-methanol),从中每年可生产约13万升e-fuels。在后续的两个阶段中,产量将大幅提升:到2024年预计年产增至约5,500万升,到2026年则增至5.5亿升左右。

18. 我在一个相关报道中了解到,这座位于智利的工厂每年可生产75万升e-methanol,但只能生产13万升e-fuels合成燃料。这是否合理?
施德纳:生产一升e-fuels大约需要2.5升 e-甲醇(e-methanol)。理论上讲,在智利生产的e-甲醇(e-methanol)可制成约30万升e-fuels。但事实上,由于下游工厂的甲醇制汽油(MTG)合成能力有限,并非所有的 e-甲醇(e-methanol)都能有效转化为e-fuels。因此在试验阶段,产能限制在前面提到的每年13万升。在后续两个阶段中,工厂产能将大幅提升:到2024年预计年产增至约 5,500 万升,到 2026 年则增至 5.5 亿升左右。

2020/12/11