氫能作為一種清潔高效的能源，并不是新鮮事物，能源行業(yè)已經(jīng)對其開(kāi)發(fā)利用了多年。但由于制氫技術(shù)的掣肘，其一直未能實(shí)現大規模應用。但近一段時(shí)期，越來(lái)越多的國際共識認為，氫能將在世界向可持續能源的過(guò)渡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

6月14日，在G20峰會(huì )召開(kāi)前夕，國際能源署（IEA）發(fā)布了一份特別的氫能發(fā)展報告，稱(chēng)“氫能擁有巨大的潛力，世界不應該錯過(guò)這個(gè)使氫能成為我們清潔和安全的能源未來(lái)重要組成部分的獨特機會(huì )。”

清潔制氫技術(shù)正不斷取得突破

氫的燃燒效率大約是汽油的三倍。雖然氫能本身對環(huán)境不會(huì )造成什么影響，因為只有水和熱量作為副產(chǎn)品釋放出來(lái)。然而，生產(chǎn)氫氣的過(guò)程目前還不太環(huán)保。

當前，約95％的氫氣是通過(guò)一種稱(chēng)為蒸汽重整的過(guò)程產(chǎn)生的——將氫原子與甲烷中的碳原子分離。但是，這一過(guò)程會(huì )釋放溫室氣體，導致全球變暖。

另一種生產(chǎn)方法，即電解法，將氫從水中分離出來(lái)。電解可以通過(guò)風(fēng)能、水電和太陽(yáng)能等可再生能源為原料實(shí)現，因此不會(huì )產(chǎn)生任何碳排放，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。

為了充分發(fā)揮氫氣作為替代化石能源主力的潛力，科學(xué)家們需要找到一種更加經(jīng)濟、環(huán)保且可行的方法來(lái)規?；a(chǎn)氫氣。據美國oilprice網(wǎng)站報道，利用空氣和水制氫的技術(shù)在今年已經(jīng)取得重要突破。

該網(wǎng)站刊文指出，近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員表示，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，依靠太陽(yáng)能小型裝置，從陽(yáng)光和空氣中生產(chǎn)液態(tài)碳氫化合物燃料。“這種裝置證明了碳氫燃料可以在現實(shí)的條件下由陽(yáng)光和空氣制成。”

該裝置直接從空氣中提取二氧化碳和水，并使用太陽(yáng)能對其進(jìn)行分解，得到包括氫氣和一氧化碳混合物在內的合成氣，隨后將其加工成煤油、甲醇或其他烴類(lèi)。

利用太陽(yáng)能制造碳氫化合物燃料的裝置原理。 圖片來(lái)源：ETH Zurich

今年早些時(shí)候，荷蘭基礎能源研究所（DIFFER）與豐田汽車(chē)歐洲公司合作，試圖開(kāi)發(fā)一種裝置，吸收潮濕空氣中的水蒸氣，利用太陽(yáng)能將其分解為氫氣和氧氣。目前，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新型固態(tài)光電化學(xué)電池，能夠從空氣中捕獲水，然后在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生氫氣。

能夠生產(chǎn)氫氣的光電化學(xué)電池近景。圖片來(lái)源：DIFFER

在比利時(shí)，魯汶大學(xué)（KU Leuven）的生物科學(xué)工程師在2月份表示，他們已經(jīng)制造出一種氫氣面板，可以利用空氣中的水分產(chǎn)生氫氣。根據研究人員的說(shuō)法，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，該小組現在每天可以生產(chǎn)250升的氫氣。其中，20個(gè)這樣的氫氣面板可以為一個(gè)家庭在整個(gè)冬天提供電力和熱能。

魯汶大學(xué)的生物科學(xué)工程師設計了一種氫氣面板，能將15％的陽(yáng)光直接轉換成氫氣。圖片來(lái)源：KU Leuven

氫能擴大利用關(guān)鍵：減少碳排放

上述氫能技術(shù)雖然已經(jīng)是歷史性的突破，但離規?；瘧蒙杏芯嚯x。鑒于從低碳能源生產(chǎn)氫氣的成本仍很高，當前，工業(yè)使用的氫氣幾乎全部由天然氣和煤炭生產(chǎn)。國際能源署表示，每年由天然氣和煤炭制氫所釋放的二氧化碳大約為8.3億噸，相當于英國和印度尼西亞年度碳排放量的總和。

減少現有氫氣生產(chǎn)的碳排放是一項挑戰，但也是增加全球清潔氫氣利用規模的機會(huì )。

一種方法是從化石燃料的氫生產(chǎn)中捕獲和儲存、利用二氧化碳。目前世界上使用這種工藝的工業(yè)設施還不太多，更多的工業(yè)設施正在籌備中。但若需要達到清潔生產(chǎn)的目標，還需要更大的規模。

另一種方法是從電能中獲得更多的氫供應。在過(guò)去二十年中，已有200多個(gè)項目開(kāi)始運營(yíng)，將電能和水轉化為氫氣，以減少碳排放。

在汽車(chē)、卡車(chē)、鋼鐵和供暖建筑等其他領(lǐng)域擴大清潔氫氣的使用是另一項重要挑戰。目前全球約有11200輛氫燃料電池動(dòng)力汽車(chē)在道路上行駛。到2030年，鼓勵使用氫能源汽車(chē)的政府希望這一數字急劇增加到250萬(wàn)。

國際能源署分析，預計到2030年，用可再生電力生產(chǎn)氫氣的成本可能會(huì )下降30％。由于可再生能源成本下降和氫氣產(chǎn)量的增加，氫燃料電池、加氫設備都可以從大規模制造中受益。

除生產(chǎn)工藝外，氫能發(fā)展還面臨以下亟待解決的問(wèn)題：

氫氣的密度很低，需要在高壓下儲存和運輸；

氫氣易燃且無(wú)味，在氫氣燃燒之前，必須使用傳感器檢測泄漏；

氫燃料供應商是否愿意建設數量龐大的加氫站來(lái)服務(wù)氫燃料電動(dòng)汽車(chē)。

推動(dòng)氫能加快發(fā)展路在何方

國際能源署執行主任法提赫·比羅爾指出，“當前氫能迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機遇，不論是能源進(jìn)口國還是出口國的政府，以及可再生能源行業(yè)、電力和燃氣公用行業(yè)、汽車(chē)制造商、石油和天然氣公司、一些大型技術(shù)公司和城市，都在積極推動(dòng)氫能發(fā)展。”

為了鞏固這一勢頭，國際能源署在其專(zhuān)項報告提出了四個(gè)推動(dòng)氫氣發(fā)展的建議，以幫助政府、企業(yè)和其他利益相關(guān)者擴大全球氫能發(fā)展的規模。

1.使工業(yè)港成為擴大使用氫氣的中樞

目前，大部分以化石原料生產(chǎn)的氫氣作為工藝原料的煉油和化工品工廠(chǎng)集中在世界各地的沿海工業(yè)區，如歐洲北海，北美洲的墨西哥灣沿岸和中國東南部。鼓勵這些工廠(chǎng)轉向更清潔的氫氣生產(chǎn)將會(huì )減少整體成本。

2．依托現有基礎設施如天然氣管道輸送氫氣

如能依托目前上百萬(wàn)公里的天然氣管道，僅僅將其中5%的管道用來(lái)運輸氫氣，將大大增加對氫氣的需求并減少成本。

3.擴大氫燃料在貨運、客運車(chē)隊中的使用

沿著(zhù)固定路線(xiàn)運送乘客和貨物的汽車(chē)、卡車(chē)和公共汽車(chē)可以轉向使用氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)。

4.啟動(dòng)氫貿易的國際航線(xiàn)

國際合作對于加速清潔氫氣的發(fā)展至關(guān)重要。

此外，國際能源署指出，國家、城市政府應在長(cháng)期能源戰略中確立氫的作用。氫能生產(chǎn)、利用和開(kāi)發(fā)的公司也應確立長(cháng)遠的發(fā)展目標，加大對氫能的研發(fā)力度，通過(guò)政策和技術(shù)的創(chuàng )新推動(dòng)氫能的長(cháng)遠發(fā)展。如這些建議真能被很好的采納和執行，我們有理由相信，氫能發(fā)展的春天確實(shí)來(lái)了！