氫能，距離我們有多遠
作者：高子睿 馬丁（北京大學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(guān)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(gòu)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(gòu)的重要組成部分，是推動能源終端綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)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(lǐng)域的應(yīng)用正迅速增長。為了實現(xiàn)氫能規(guī)模化應(yīng)用，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(yīng)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(lǐng)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(yīng)用，仍面臨兩大技術(shù)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(shù)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(yīng)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(yīng)用于現(xiàn)有能源體系的必要條件。
除了技術(shù)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(guān)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(shù)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(shù)將作為補充手段，共同構(gòu)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(shù)瓶頸和可再生電力成本等挑戰(zhàn)，其廣泛應(yīng)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)模基礎(chǔ)設(shè)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(shù)的廣泛應(yīng)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(shù)中亟待突破的技術(shù)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(yīng)，工業(yè)中使用的催化反應(yīng)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。“水中取氫”的核心步驟是水分子的活化——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(guān)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(yīng)過程的不同科學技術(shù)關(guān)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(shù)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(chǔ)，為未來清潔能源的發(fā)展提供了重要的技術(shù)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(shù)和應(yīng)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(yīng)繼續(xù)發(fā)展二氧化碳捕集與利用技術(shù)，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)模化以及降低可再生電能成本，則是核心問題。
做化學研究，尤其是基礎(chǔ)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(guān)注行業(yè)動態(tài)，聚焦產(chǎn)氫及相關(guān)過程的核心科學技術(shù)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(shù)，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(lǐng)域取得國際領(lǐng)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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