氫能，距離我們有多遠
作者：高子睿 馬?。ū本┐髮W化學與分子工程學院博士后，教授）
人們對于氫氣最深的印象，可能就是五彩斑斕的氫氣球。不過，大家不太了解的是，作為一種高效、清潔的能源載體，氫能在全球能源轉(zhuǎn)型中扮演著越來越重要的角色。那么，氫氣真的能逐步發(fā)展為未來的能源支柱嗎？
為何要發(fā)展氫能
近年來，全世界都在積極探索綠色、低碳、可持續(xù)的能源解決方案。氫能作為一種高效、環(huán)保且可再生的能源，受到了世界各國的廣泛關注。中國作為全球最大的能源消費國，已將氫能產(chǎn)業(yè)視為未來能源轉(zhuǎn)型的重要方向。
根據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》，預計到2050年，氫能將在我國能源結(jié)構中占據(jù)10%的份額。國家發(fā)改委和能源局聯(lián)合發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》強調(diào)，氫能作為我國未來能源結(jié)構的重要組成部分，是推動能源終端綠色低碳轉(zhuǎn)型的關鍵載體，也是國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
盡管中國的氫能產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，但正是這種初創(chuàng)狀態(tài)，使其站在了歷史性的機遇窗口。為了加速清潔能源發(fā)展，我國政府已推出一系列鼓勵與支持政策，特別是對綠色產(chǎn)氫行業(yè)給予了重點政策和資金支持。這些措施將在未來一段時間內(nèi)為氫能產(chǎn)業(yè)提供堅實支撐，推動其健康穩(wěn)定發(fā)展。
在市場層面，氫能在交通（如氫燃料電池汽車）、工業(yè)及能源儲存等領域的應用正迅速增長。為了實現(xiàn)氫能規(guī)?；瘧?，我國正積極推進從產(chǎn)氫、儲氫、運氫到用氫的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，以期降低整體成本、提高綜合效益。此外，氫能還有望在化工、冶金、制冷等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，開拓新的應用場景，進一步拓寬其發(fā)展空間并創(chuàng)造更多增長機遇。
結(jié)合國際能源趨勢、我國能源資源狀況以及“雙碳”目標，筆者認為，氫能的發(fā)展不僅是全球能源趨勢，更是我國能源發(fā)展的必然選擇。通過發(fā)展氫能，我們將更好地實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，同時為全球綠色低碳目標貢獻力量。
發(fā)展氫能要解決幾個問題
目前，我國已成為全球最大的制氫國，并且在可再生能源裝機量方面，位居全球首位。這讓我國在清潔低碳的氫能供給領域，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
然而，氫能的規(guī)模化應用，仍面臨兩大技術難題。
首先是制氫成本問題。制氫成本比較高，尤其是電解水產(chǎn)氫——其成本主要受可再生電力價格影響。此外，電解水產(chǎn)氫等綠色產(chǎn)氫方式，還需在技術效率、穩(wěn)定性和成本方面持續(xù)優(yōu)化。
其次是氫氣的儲運問題。由于氫能生產(chǎn)與應用可能存在時空分布差異，導致其儲存與輸送過程不可或缺。特別是氫氣的安全、高效和低成本儲運，是氫能真正融入并規(guī)模化應用于現(xiàn)有能源體系的必要條件。
除了技術難題，政策與法規(guī)環(huán)境，也是影響氫能發(fā)展的重要因素。目前，關于氫能在產(chǎn)氫、儲存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的法規(guī)和標準，尚處于完善階段。相信隨著一系列制度體系的完善和健全，氫能產(chǎn)業(yè)將生發(fā)更大的動力，汲取更強勁的動能。
如今，大量資本和企業(yè)正進入氫能產(chǎn)業(yè)鏈，預示著這一行業(yè)將持續(xù)繁榮。這意味著，雖然我國氫能產(chǎn)業(yè)仍面臨一些挑戰(zhàn)，但擁有著廣闊的發(fā)展空間。
產(chǎn)生氫氣的幾大途徑
氫氣的生產(chǎn)主要有四大技術路徑：電解水制氫、化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫及生物質(zhì)制氫。
從長期視角看，電解水制氫可能是未來主流的產(chǎn)氫方式，其他多種產(chǎn)氫技術將作為補充手段，共同構建多元化制氫格局。從中短期角度來看，電解水制氫仍面臨技術瓶頸和可再生電力成本等挑戰(zhàn)，其廣泛應用仍受到制約。相比之下，化石能源產(chǎn)氫，憑借低成本和現(xiàn)有的大規(guī)?；A設施，在中短期內(nèi)仍將維持主導地位。
水制氫，被認為是最可持續(xù)的途徑——原料成本低廉且取用方便，燃燒釋放能量后，又再生成水，循環(huán)往復、取之不盡，整個過程不會造成任何環(huán)境污染。例如，電解水產(chǎn)氫可以耦合可再生能源實現(xiàn)綠色產(chǎn)氫。
但現(xiàn)階段，水制氫仍面臨能源利用效率低下、工程適配性不足及經(jīng)濟性挑戰(zhàn)。推動電解水制氫技術的廣泛應用與產(chǎn)業(yè)化，核心在于降低清潔電力的成本，增強其整體經(jīng)濟性和市場競爭力。此外，制氫催化劑長效穩(wěn)定性的維持，也是當前電解水制氫技術中亟待突破的技術難題。
筆者所在的研究團隊結(jié)合多相催化（編者注：在兩相〔固—液、固—氣、液—氣〕界面上發(fā)生的催化反應，工業(yè)中使用的催化反應大多屬于多相催化）的研究特點，專注探索從水中提取氫氣的科學過程?！八腥洹钡暮诵牟襟E是水分子的活化——水分子具有很高的熱力學穩(wěn)定性，因此在低溫條件下實現(xiàn)水的活化并高效制氫，是當前面臨的關鍵科學挑戰(zhàn)。
近年來，團隊在“水中取氫”與“重整產(chǎn)氫”方向，發(fā)表了多篇具有國際影響力的科研論文，并形成了一系列發(fā)明專利。例如，我們與合作者最近的兩項成果均圍繞制氫反應過程的不同科學技術關鍵難點，進行探索突破。一項研究聚焦于制氫催化劑的穩(wěn)定性問題，進一步開創(chuàng)了一種全新、具有廣泛適用性的高活性產(chǎn)氫催化劑穩(wěn)定策略，為開發(fā)高效、穩(wěn)定的制氫技術提供了全新思路。另一項則聚焦于乙醇和水分子重整的零碳排放制氫路徑，將為零碳排放的工業(yè)制氫奠定堅實的科學基礎，為未來清潔能源的發(fā)展提供了重要的技術支撐。
要實現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展，還需解決一系列科學技術和應用難題。具體來說，針對中短期內(nèi)仍占較大比例的化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)制氫過程，應繼續(xù)發(fā)展二氧化碳捕集與利用技術，在控制成本的同時，盡可能實現(xiàn)綠色環(huán)保；對于綠色可持續(xù)的催化產(chǎn)氫過程，需進一步優(yōu)化效率以減少碳足跡；對于未來將成為主流的電解水產(chǎn)氫過程，如何提高其集成度、規(guī)?；约敖档涂稍偕娔艹杀?，則是核心問題。
做化學研究，尤其是基礎研究的人，都希望自己的成果既能“上書架”，也能“上貨架”。未來，我們將緊密關注行業(yè)動態(tài)，聚焦產(chǎn)氫及相關過程的核心科學技術問題，發(fā)展綠色清潔的可持續(xù)產(chǎn)氫、儲氫、運氫和用氫技術，推動重大的原創(chuàng)性科學研究實踐落地，助力中國在氫能領域取得國際領先地位。
《光明日報》（2025年05月29日 16版）
來源：光明網(wǎng)-《光明日報》
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