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荷兰:用电池创新续航可持续未来

荷兰以其开放的经济、密切的政商合作、开放的供应链网络以及能源技术的联合创新而闻名。

这使得新兴的电池技术可以更快地推向市场,通过利用荷兰电池产业现有设施和知识产生商业价值。

荷兰电池产业现状

荷兰能够在欧洲电池链中占据越来越重要的地位,除了对科技,创新和可持续发展理念的重视,更重要的是依托荷兰紧密的产学研结合,使得电池公司能够与诸如大学等科研机构互相托举,分享创新成果。

凭借着荷兰现在已经具备的一系列复杂的生产工艺和机器,以及开发新一代电池所需的薄膜技术和等离子体化学领域的专业知识,这种产学研智慧网络内的知识共享更促进了荷兰的电池生态系统的发展。

与欧洲其他大型汽车市场不同,荷兰市场是OEM中性的,这使得任何形式的商业活动都能在荷兰得到发展。荷兰与德国的电动汽车OEM和知识合作伙伴保持着紧密的联系,其电动汽车物流市场也很发达。

同时,荷兰在电气化领域还拥有知名的测试和检验设施。荷兰目前在六大主题上引领电池行业发展,包括电池材料与电池设计;电池的回收再利用;安全性;经济可行性;能源存储和配电系统

从2020年起,荷兰已经将上述主题归纳成了一项电池行业的国家战略措施,以达到降低对自然资源依赖性的最终目的。

荷兰电池产业价值链条

荷兰电池产业的价值链条有七个部分,每个部分都有不同的公司、科研机构发挥着自己的技术专长。

价值链条的第一部分是原材料与活性材料 (Raw & Active Materials)。其中Differ、E-Magy和Sald等企业和机构主攻原材料与活性材料。

价值链条的第二部分是电池组(Battery Cell & Pack)。电池组部分的关键团队有Aquabattery、Brendenoord和Cleantron等。

价值链条的第三部分是应用,这部分有着最多的活跃企业与团队。诸如Alfen、Alius、ATEPS、BAM、Batenburg和Centrica等科技公司在工业、存储与电动交通产业发光发热。

第四部分是应用科技(Applied technology)。Allego和Alliander等企业在充电、服务与IT方面发挥着作用。

第五部分是测试与检验。电池安全检测中心、代尔夫特理工大学电池实验室等机构引领荷兰电池行业测试与检验方面的发展。

第六部分是回收再利用。ARN和BASF等公司在电池的回收再利用上有着一技之长。

当然,荷兰电池产业离不开知识研究。阿姆斯特丹电化学中心、埃因霍芬理工大学和代尔夫特理工大学等科研机构源源不断地为荷兰电池产业输送前沿的知识。

与研究机构的密切合作使得荷兰成为发展投资电池产业的首选

荷兰的电池材料研究项目是一个国家性的科学议题。

8年多的时间投入,逾千万欧元的资金投入,让荷兰全国各地的大学和科研机构得以施展拳脚。其中比较知名的研究机构有代尔夫特理工大学,特温特大学,TNP-Hoslt Center,AMCEL,Meet Munster。每个科研机构都有各自研究的侧重点和专长,而且这些机构遍布荷兰的各个地区和角落。

以代尔夫特理工大学(TUD)为例,其中有横跨8个学院的超100名研究员参与电池科技的研究,覆盖了整条电池产业的价值链条。这些知识并不被困于象牙塔,而是紧密与业界中顶尖的商业伙伴合作,构建起了许多全国性的甚至是跨国性的电池科技网络。

代尔夫特理工大学在电池技术研究领域的设施先进,校内的电池实验室让TUD的研究者们可以关注电池材料的发展,处理,组装和生产,还可以关注新电池材料技术,如钠离子,氟离子以及固态电池技术以及更宏观的电池能源的评估与管理。

先进的测试与检验设施

荷兰有着世界一流的电池测试与检验设施。很多机构,如Connectr的创新实验室、DEKRA的电动汽车电池检测中心、代尔夫特理工大学的电池实验室、电池安全检测实验室(Battery Safety Test Lab)都有着出色的设施和设备。

荷兰在以下测试与检验领域的背景知识和技能有着专长:专业的电池循环分析(循环寿命,功率,温度依赖性,压力依赖性);从电极到邮袋/硬币电池组件的材料;丰富的电池化学知识(锂金属,硅,石墨,硬碳,LFP,NMC,LMNO,LFP等,固态电解质,硫化物,卤化物,氧化物,钠离子化学,镁离子化学,氟离子化学) ;监测结构,化学变化和形态变化的分析工具(直接访问x射线和中子衍射,固态核磁共振,SEM) ;以独特的实验方法,在电池运行期间监测电极中的Li,以建立降解机制,内阻的起源等(operando中子深度分析,operando固体核磁共振);计算模型来预测冲击电极/电池的形态和能量性能的维度,以及从头算来预测离子迁移率,材料稳定性;以及接口工程(PLD, ALD, PECVD)。

基于这些知识与能力,荷兰的电池检测与验证机构可以实现以下测试:便携式密封蓄电池和电池在预期使用和合理可预见的误用下安全操作的试验(IEC 62133);一次和二次(可充电)锂电池和电池的测试方法,以确保其安全性 (IEC 62281);用于工业应用(包括固定应用)的二次锂电池和电池的安全操作测试(IEC 62619);工业应用中锂蓄电池和电池的测试(IEC 62620);用于观察用于电动汽车推进的二次锂离子电池和电池块的可靠性和滥用行为的测试程序,包括纯电动汽车(BEV)和混合动力电动汽车(HEV)(IEC 62660)等。

合作与商业支持

在当前的环境下,荷兰大力鼓励电池产业的创新。电池能力中心(Battery Competence Center)是为希望在荷兰电池技术领域合作获取知识和发展技能的公司、知识机构和(公共)组织提供的创新项目。荷兰的高科技、电池、运输和航运业在电池能力中心汇聚力量。

目前,荷兰的电池能力中心有三大主题,分别是电池系统、二次利用与回收,以及电池材料。其中6家小型公司,25家中型公司和17家大型公司关注电池系统的发展,5家公司关注于电池的再生产与二次利用,6家公司关注于电池拆解和材料回收,4家公司关注于物流与安全性。

除了电池能力中心,Connectr的出现使得公司和机构间的合作成为可能。Connectr是一个三线共进的合作项目,重点关注在全球范围都有着极大价值的已经蓬勃发展的三项关键技术:电力工程、电化学储能和可持续传动系统

目前,Connectr正在开发一个12000平方米的新能源创新设施。该设施将覆盖价值链,包括研发、教育和共享测试设施、办公室和会面解决方案,以接待能源技术相关的公司和机构,并支持他们的计划。该设施位于阿纳姆,那里是大多数能源、科技和氢相关公司的所在地。

荷兰电池产业愿景

电池作为重要的储能工具,是荷兰能源转型发展的关键一环。在电池的创新概念上,荷兰已经有专家们正在与合作伙伴合作,创造一种基于3D技术和固态电池的革命性新电池;在电力能源交通上,荷兰在开发和生产装载基础设施方面拥有强大的实力,既适用于普通电动汽车,也适用于公共汽车的装载码头等重型运载工具;在电力存储与运输上,荷兰已在太阳能和风力发电园区进行大规模的大容量电池存储,以避免电网拥塞和减少弃电;在安全性与数据安全上, 荷兰在测试、认证和检测高压和中压元件方面全球领先。

目前,荷兰在国家层面上鼓励电池产业的发展。国家鼓励和支持国际业务,并为吸引国际人才和助力企业开展研发创新出台了一系列优惠政策。在未来,更多的中国企业可以与荷兰的研究机构、大学院校联手,深入研究与发展上的合作,更好的利用荷兰智慧和地理位置的双重优势来实现电池科技的发展和商业上的共赢。

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“荷式”可持续科技:从一粒细胞到美味汉堡

荷兰驻华使馆

提到可持续,我们往往想到可持续能源和环境保护,想到新能源与远方的森林与湖泊。然而,可持续也可以体现在我们每日消费的食物上,从食品的物流供应到餐桌上的一日三餐,变得有形且与我们密切相关。荷兰于2019年开展了一项国际运动——耕耘未来,致力于在全世界实现粮食安全和更健康、更安全的食品。

联合国宣布2022年11月15日全球人口突破80亿,到2037年人口将达到90亿。根据联合国粮农组织(FAO)最近的预测,到2050年,肉类需求将增加73%。科学家们在努力研究通过人工培育肉制品来满足人们对肉类食品的消费需求,而这种创新离不开荷兰食品和生理学家的贡献。

图丨荷兰美食

在2012年,荷兰马斯特里赫特大学的生理学教授波斯特(Mark Post)分析了从干细胞培育可食用肉制品的挑战与前景。他指出,肉的离体培养作为家畜肉类生产的替代方法之一,是研究的热点。

01

新旧人造肉

科学家们对于改变肉类获得方式的尝试可以追溯到上个世纪30年代。在当时,美国化学家波耶在研究中发现,榨油和制造人造黄油后的大豆残渣中,蛋白质含量丰富,并可缠绕成股。这启发了他用这类物质制造清淡而又易消化的“肉类”,这便是现代超市中可以见到的植物型大豆蛋白肉的雏形。这种“人造肉”也被认为是“旧式”人造肉。在20世纪60年代,人造咸猪肉就已经在美国市场上销售了。

在2020年12月,荷兰联合利华旗下的“旧式人造肉”公司植卓肉匠(De Vegetarische Slager)宣布与汉堡王达成协议,正式进军中国市场。在北京、上海、深圳和杭州的325家汉堡王门店同时推出素食汉堡,并从2021年第二季度开始在全国推广。然而,旧式人造肉从本质上来讲是大豆制品,与我们所熟知的肉在口感和味道上仍有不同。

图丨Mark Post于2016 年SingularityU 荷兰峰会,Photo by Sebastiaan ter Burg (CC BY 2.0)

实际上,尽管波斯特(Mark Post)教授在十年前就开始分析人造肉的挑战与前景,利用卫星细胞生产生物人造肌肉的研究已经进行了大约15年,但从未用于生产肉类。为了成为家畜肉的可靠替代品,实验室或工厂生产的人造肉应该高效,并应该模仿肉类的所有特征,如视觉外观、气味、质地,当然还有味道。而以这种思路和方式制造出的人造肉,被称为动物型干细胞人造肉(cultured meat),也被认为是不同于旧式植物型人造肉的“新式”人造肉。从干细胞培育可食用肉制品具有现实意义,由于人口的增长,未来可能需要用这种方式来生产肉类以填饱人类的肚子,并且人造肉可以减少因畜牧业及家禽养殖对环境造成的污染,并节约大量的水和土地资源。

02

人工培育肉细胞技术的发展

培养“人造肉”属于医学上的组织工程学的范畴。所谓动物细胞与组织培养,是从动物体内取出细胞或者组织,模拟体内的生理环境,在无菌、适温和丰富的营养条件下,使离体细胞或者组织生存、生长并维持结构和功能的一门技术。

图丨mosameat.com,荷兰领军人造肉公司  

为了用肌肉干细胞培育出人工牛肉,首先要从牛的身上提取细胞组织,分离出干细胞。接着,研究人员需要将干细胞浸泡在含有糖、氨基酸、油脂、矿物质和多种营养物质的营养液中,这样,细胞就会吸收这些营养液中的营养,慢慢地生长分化,初步长成带有黏性的物质。第三步,是让它不断“长大”,拉伸成一根根小“肉条”。每根肉条长约2.5厘米,宽不到1厘米,薄得近乎透明。而只有把几千根肉条拼接在一起,再加入人工培育的动物脂肪,才能做出一个肉饼。2013年8月5日,波斯特教授在伦敦展示和烹饪了一个85克的汉堡肉,这块小小的肉饼大约使用了1万根小肉条。

03

中荷对人造肉态度的异同

动物型干细胞人造肉作为新鲜事物,如何被人们接受也是一个重要的议题。不同国家和文化语境中的人对肉的定义有不同,对新式人造肉的理解与看法也会不同。因此,荷兰知名农业大学瓦赫宁根大学及研究中心开展了一项对中国人和荷兰人对肉类看法以及新式人造肉看法的研究。

这项研究发现中国人和荷兰人尽管对于某些动物器官是否是可食用的肉的界定存在分歧,但对肉类的定义都相对广泛,对肉类替代品的接受度也较高。研究也显示,中国人和荷兰人都认为人造肉主要与未来及其未来的社会影响有关。被采访者认为,人工肉与天然的肉类具有相同的物理特性,这意味着在肉类和人工肉之间存在着一定的重叠,而且二者都被认为与动物有关。

但与此同时,人们认为人工肉的某些特性,比如说并不能直接从动物身上获取,使得人造肉仍与天然的肉类有区别。然而,由于中国人和荷兰人对肉类的定义相对宽松,人工肉的推广在这两个国家里会相对容易,接受度也会更高。在之前一项针对荷兰人的调查结果显示,63%的受访者赞成人造肉的概念,52%的人愿意尝试。

04

荷兰的人造肉产业系统的现状

人造肉对环境的好处还有待证实,但专家们很清楚:必须改变我们目前的耕作方式,以减少对环境的负担。对于如何将这种可持续性引入荷兰肉类行业,从渐进式地改善当前的养殖体系,到转向像人造肉那样的激进创新,专家们众说纷纭,意见存在较大分歧。尽管所有制造骨骼肌和脂肪组织的技术都已经进行开发和测试,批量生产这种新式人造肉仍然很有挑战性。考虑到人们未来对肉类大量需求的紧迫性,科学家们和初创公司也在不断努力。

图丨左:mosameat.com  
右:meatable.com

荷兰在人造肉的设想、计划和一些技术上处于世界领先的地位,但当前人造肉行业仍处于起步阶段。在荷兰,有两家人造肉公司Mosa Meat 和 Meatable引领着人造肉行业发展。以Meatable为例,它表示会首先关注人造猪肉的生产,其次是人造牛肉。并预计从2023年开始,在商店中小规模推出首批人造肉产品,并于2025年进行产品的大规模推出 。

图丨荷兰强大农产品生态系统的图示,
As captured by ScaleUpNation

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人造肉的推广前景

作为一种充满未来感的创新食物,动物型干细胞人造肉在荷兰等国科学家的研究下已经逐渐展露出推广的前景。除了暂时无法大批量生产出人造肉以外,人造肉相关的法规仍然缺失,与人造肉有关的知识还未普及。然而,人们对肉类的需求使得人造肉的市场已经存在,这是人造肉得以推广的天然优势。

图丨pixabay.com

波斯特教授之前对于荷兰人对人造肉接受程度的研究表明,当人们更多的了解将来由于人口增长可能出现的食物危机,动物福祉和环境保护有关的信息,人们对于肉类替代品的接受度会提高。

所以,我们有理由相信,随着人造肉生产力的提高、相关政策的完善以及人造肉相关信息的普及,人工培育的肉制品将被端上我们的餐桌,让我们在日常享受美味的同时实现可持续发展 。