为未来赋能
长期以来，肖特一直是行业先驱。凭借勇气、求知欲和对特种材料的热爱，肖特集团试点大规模使用氢能进行玻璃生产。我们采访了领导这个开创性项目的氢能专家小组。
在玻璃熔炼中应用氢能，可以帮助肖特向气候中和目标前进
- 在玻璃熔炼中，除了电气化措施外，肖特还在进行氢气应用的开创性项目。
- 肖特是第一家如此大规模使用氢气的玻璃公司。
- “H2 Industries”项目是公司2030年实现气候中和的重要里程碑。
马蒂亚斯•卡芬伯格（Matthias Kaffenberger）今晚有点坐立不安。他坐在家里的沙发上，用智能手机刷新着一个门户网站，惊奇地观察着图表上高低起伏的动态曲线。这张图表实时记录了肖特在德国美因茨工厂氢能的储量，看上去有点像地震仪的地震观测数据。
马蒂亚斯•卡芬伯格（Matthias Kaffenberger）正在检查氢能公司“H2 Industries”研究项目最后阶段的结果，他和许多人一样希望这个项目能顺利冲刺，善始善终。虽然计划完美无缺，这种项目仍会面临许多不可控风险，比如天气或者交通运输受阻。
为保证熔炉高效运转，必须不断往天然气中注入氢气，这意味着必须每天向储氢罐加注两次氢气，这也是图标中锯齿状走势图背后的原因。一旦供应受阻，可能给实验和玻璃熔炼带来致命后果，因为玻璃熔炼不能低于特定的温度。
为了安心，马蒂亚斯•卡芬伯格（Matthias Kaffenberger）驱车来到工厂，看到氢气供应如期而至，他终于松了一口气。储氢罐被重新装满，智能手机里的图表中再次显示出上升曲线。工厂平稳运行，秩序井然。
“氢能加热阶段真是太刺激了！”卡芬伯格（ Kaffenberger）笑着说。
肖特的先驱们
肖特发展的历史上有太多行业先驱，奥托·肖特（Otto Schott）无疑是其中最耀眼的明星。作为肖特的创始人之一，他发明了多项特种玻璃，成为整个行业的奠基人。他发明的光学玻璃和技术玻璃超越了当时市面上所有产品，无人能出其右。1884年，他与恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）、卡尔·蔡司（Carl Zeiss）一起建立了一个玻璃实验室，这就是肖特公司的前身。近140年来，求知欲和开拓精神一直驱动公司员工奋勇争先。公司重大创新的背后是许多员工的智慧结晶。今天，肖特在全球约有700名研究人员致力于开发使用于未来的产品，已申请了3500多项专利。
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可持续发展的典范
肖特承诺在2030年前实现气候中和。“H2 Industries”项目不仅是公司履行承诺的一个重要里程碑，也是整个行业的典范。截至目前，肖特是全球唯一一家大规模使用氢能进行玻璃生产的企业。勇于探索的精神始终深深扎根于肖特的公司基因中，这需要专业知识、坚持不懈、远见卓识和巨大勇气。
“我们想测试一下，” 卡芬伯格（Kaffenberger）谈到这个项目的起源时说：“我们想行动起来，而不是等将来供应商向天然气中掺入氢气时不得不被动应对。”
2022年底，项目完成试验阶段，首批研究成果逐步揭晓。肖特管理委员会成员杨舒特博士（Dr. Jens Schulte）说：“这项大规模的试验表明，能源密集型行业也可以引进气候友好型技术。”
引领肖特 2.0 的人物：氢能项目的代表人物（从左至右）分别为克劳斯•勋伯格、帕斯卡•托马斯、扬·乌尔里希·奎德、马蒂亚斯•卡芬伯格、莫里茨·沃尔夫和斯特凡•施密特。
为了项目的顺利开展，卡芬伯格（Kaffenberger）进行了细致入微的规划，除了交通和天气方面的不可抗因素，可谓谋无遗策。他使用激光三维扫描仪，从位于工厂各处的5亿个测量点采集信息，利用360度图像生成整个工厂真实的三维地图。
将项目中所有相关站点可视化，有助于开发各种方案以及确定项目顺序。此外，还可以提前模拟和确定熔炉、储罐和管道的位置。“我们精确而详细地规划了一切,”卡芬伯格（Kaffenberger）说，“即使是最小的部件，比如一个燃烧器，我们也用数字化的方式做好了记录。最终，数据计算和现实情况完美吻合。”
挖掘潜能
2019年4月，当卡芬伯格（Kaffenberger）加入肖特时，项目经理斯特凡•施密特（Stefan Schmitt）已经为氢能项目打好了基础，项目正在加速进行。在研发部，施密特(Schmitt)首先在引发剂工艺中考虑使用氢气，然后在实验室中证明其可行性。两年半前，一个90升的纯氢气罐在试验工厂成功运行。
“如果实验工厂采用100%的氢气比例能有效运行，那么大型熔炉中以35%的氢气比例能有效运行的可能性也很高，”施密特(Schmitt)解释道。“但是我们有超过150种不同的玻璃产品，所以必须在大规模的测试中看看能到进行到什么程度。我们的目标是利用氢能的潜力来实现未来的可持续发展。”
氢气和天然气的混合物中，尽管氢气可能只占三分之一，节省下的这部分天然气能使二氧化碳排放量减少14%。
一个有象征意义的储能罐
尽管事先做了大量的准备工作，氢能项目就像坐过山车一样，伴随着无法计划的意外情况、快速的工作节奏、还有情绪的起伏。不过，开拓全新领域就不能期望一路平坦顺遂。卡芬伯格（Kaffenberger）回忆：“我经常在会议结束后回到办公室说：‘好吧，不如我们放弃这个项目吧。’”
办公室同事克里斯汀·克劳斯（Christine Kraus）特别了解这种情绪过山车。她规划了贯穿厂区的500米管道。这是一项高度细致的工作，比如确保铜管的密封性。但是，团队要克服的障碍越多，就越能使大家齐心协力，紧密团结。
2022年9月底，项目终于迎来了具有象征意义的重要里程碑——安装储氢罐。一辆卡车将高21米、直径2.8米的储氢罐运送至工厂。紧接着，挺杆起重机完成储氢罐吊装。储氢罐自重47吨，可储存500公斤的氢气。卡芬伯格（Kaffenberger）说：“储氢罐在空中悬停、精准落地，整个过程如同一场完美的芭蕾舞剧。”
储氢罐落地，为期一年半的努力终得回报。对于这个重要里程碑和此前几个月的努力，简·乌尔里希·奎德（Jan Ulrich Quade）记忆犹新。作为环境保护技术的主管，这位负责环保排放和事件管理的负责人在项目准备阶段，突击研读了很多计划和专家报告。他说：“我们必须模拟分析一切可能发生的情况，并预判将会发生什么。”
这项任务十分艰巨且时间有限，涉及了操作者责任、警报、危险预防计划、监测系统、通知流程和过渡性法规这些方面的能力。为此，奎德（Quade）总称自己为 “办公室老虎”。
什么是氢气？
氢是一种化学元素，符号为H，原子序数为1。它是最轻的元素，也是宇宙中含量最多的元素。当与氧气结合时，它很容易被点燃。这种无色无味的气体在地球上几乎完全以依附结合或化石燃料的形式存在，例如天然气、原油和超过一半的矿。
使用绿色电能制氢时不会产生二氧化碳，以这种方式生成的氢气叫“绿色氢气”。使用由可再生能源产生的电能，即绿色电能时，水在电解过程中被分成氢气和氧气。由绿色电能制得的绿色氢气可以在交通运输和工业能源转型中发挥关键作用。然而，氢气价格高昂，需要实现大量供应以满足工业用途。
项目启动时，奎德（Quade）一直无微不至地“照料”着储氢罐。在四个多星期内，项目大约需要十吨氢气。最初，储罐车隔天运送一次，然后是每天，最后甚至达到每天两次，总共运送达27次。位于陶努斯山麓巴特索登（Bad Soden/Taunus）的梅塞尔工业气体有限公司（Messer Industriegase GmbH）确保氢气无间断供应。“这家公司很可靠，是理想的供应商，”卡芬伯格（Kaffenberger）说。
由于储罐车中的压力达200 bar，高于储氢罐内的压力值，灌注时利用两根类似浇花水管的细管子进行压力平衡。灌注时长一个多小时，很快便成为日常工作。然后，氢气通过专用管道系统进入氢气天然气混合储罐。
走向气候中和
肖特正努力追求一项宏大目标：作为特种玻璃制造商，到2030年实现气候中和。为达成这一目标，集团制订了一项行动计划，在四大领域齐头并进。在2022年底，集团已在气候中和的路上建立了第一个里程碑，即使用100%的绿色电能，全球二氧化碳排放量减少60%。然而，未来的特种玻璃生产对能源需求很大，技术变革势在必行。因此，肖特正通过多个研究项目来达成两个目标：基于绿色电力的熔炉电气化加热和使用氢能源，以求在长期推动清洁电能对化石能源的深度替代。
德国联邦经济事务和气候行动部下拨了450万欧元来支持两个“灯塔”项目，希望在未来研发出绿色电力熔炉。其中一个项目涉及医药玻璃熔融，另一个项目则涉及特种玻璃熔融的技术应用。上述提及的行动计划还包括不断提高能源率效，以及通过高品质的气候保护项目证书补偿剩余排放。
由金属薄板制成的储能罐长8米，宽2.5米。外表普普通通，内部平平无奇，天然气和氢气管在前部连接到一起，两种气体进入到静态混合器中进行混合。
克里斯托夫·尼布（Christoph Neeb）是来自美因茨网络有限公司（Mainzer Netze GmbH）的项目负责人。他密切关注着接近或进入储能罐的人员，并使用 “气体探测器 ” 实时监控空气中高度可燃的氢气。他提到：“参与这个重要的大型项目让我们受益匪浅。”
“没有发生过任何故障。”
合作伙伴的储能罐矗立在工厂的中央，一座砖结构建筑前，熔炼试验就在这个建筑里。随着位移，温度也随之改变。仅仅两扇门、三层楼梯和几米的路程，就能观察到玻璃熔炉内部从接近冰点温度转变成1,700摄氏度的变化。
如果说安装储罐是一场芭蕾舞表演，那么第一次熔炼试验就是精彩压轴。莫里茨·沃尔夫（Moritz Wolf）站在控制单元前，卡芬伯格（Kaffenberger）则通过混合器上的触摸屏启动气体混合。沃尔夫（Wolf）2016年任职于肖特，与生产线经理的乔治·德梅尔（Georg Demmer）一起，为实施该项目创造了条件。“我们做了一些转换和安装，这是一个相当大的技术挑战，”这位36岁的年轻人解释说。
约4000个测量点的信息汇入熔化窑炉的控制系统，沃尔夫（Wolf）负责控制燃烧器各项设置。由于氢气的热值比天然气低，每立方米燃烧热值等值在3千瓦时到11千瓦时之间。这需要精确计算和创新思维来解决。
“我们本来可以用同样的管道流速得到较低的热值，但我们需要稳定持续的能量，”沃尔夫（Wolf）回忆：“如果添加氢气，就能在相同的能量输入下获得更多的容量。”
通过提高压力在相同的挡板位置将更多的气体输入熔炉中。“大功告成。”沃尔夫（Wolf）说。
项目
该研究项目的总成本超71.4万欧元。德国莱茵兰-普法尔茨联邦州气候保护环境能源和交通部从欧洲区域发展基金（ERDF）旗下的欧盟资源中，为该项目提供的约33.8万欧元的研发经费。项目合作伙伴是美因茨公共服务股份有限公司（Mainzer Stadtwerke AG），该公司向肖特提供了一个移动式混合站，为测试项目提供混氢天然气。
卡芬伯格（Kaffenberger）惊喜地看到，事先的大量细节准备没有白费。“我们有备而来，做好了排除故障的准备，但事实上没有出现任何故障，”这位44岁的负责人说。“一切都如事先计算和预测的那样井然有序。”
该项目完美地按计划进行了四周。在持续约十天的三个试验阶段中，氢气的掺入量增加到35%并维持在这个比例。“我很高兴测试结果如此的好，”沃尔夫（Wolf）说。卡芬伯格（Kaffenberger）补充道： “这是我监督过的最激动人心的项目。”
卡特琳·埃德尔参观肖特美因茨厂区
肖特董事会和卡特琳·埃德尔就气候中和议题举行新闻发布会
氢能的未来
氢能实验的下一步是什么？这次试验证明，向天然气掺入氢气在技术上是可行的。“通过研究氢气和制订发展蓝图，我们已经为联邦州的氢能计划奠定了基础，也为气候中和做出了重要贡献。”莱茵兰-普法尔茨联邦州气候保护、环境、能源和交通部部长凯特琳·埃德尔（Katrin Eder）说：“氢能计划是联邦州政府在2040年实现气候中和目标的核心组成部分。肖特是莱茵兰-普法尔茨联邦州能源密集型产业的先驱，也是榜样。”
然而，绿色氢气仍未普及，其成本明显高于天然气。到2025年，传统玻璃熔炉在技术上将变得足够先进，可以采用氢气和天然气的混合物进行永久加热。2030年之后将实现100%氢能加热。
然而，还有一个关键的基础设施问题还需要解决。目前通过罐车注入氢气只适用于测试。长期使用氢能还需要一个关键的基础设施。公共设施必须创造条件，保证氢气的持续供应。“在未来，提供氢气的方式必须与天然气相同。”卡芬伯格（Kaffenberger）说，“它必须向天然气一样，能直接从管道里出来。”
无论基础设施何时得以实现，肖特都将做好准备，向氢能转型。
