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(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。但近一段時期，越來越多的國際共識認(rèn)為，氫能將在世界向可持續(xù)能源的過渡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
6月14日，在G20峰會召開前夕，國際能源署（IEA）發(fā)布了一份特別的氫能發(fā)展報(bào)告，稱“氫能擁有巨大的潛力，世界不應(yīng)該錯過這個使氫能成為我們清潔和安全的能源未來重要組成部分的獨(dú)特機(jī)會。”
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)境不會造成什么影響，因?yàn)橹挥兴蜔崃孔鳛楦碑a(chǎn)品釋放出來。然而，生產(chǎn)氫氣的過程目前還不太環(huán)保。
當(dāng)前，約95％的氫氣是通過一種稱為蒸汽重整的過程產(chǎn)生的——將氫原子與甲烷中的碳原子分離。但是，這一過程會釋放溫室氣體，導(dǎo)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。電解可以通過風(fēng)能、水電和太陽能等可再生能源為原料實(shí)現(xiàn)，因此不會產(chǎn)生任何碳排放，缺點(diǎn)是價格昂貴。
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(jì)、環(huán)保且可行的方法來規(guī)模化生產(chǎn)氫氣。據(jù)美國oilprice網(wǎng)站報(bào)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)開發(fā)出一種新技術(shù)，依靠太陽能小型裝置，從陽光和空氣中生產(chǎn)液態(tài)碳?xì)浠衔锶剂稀?ldquo;這種裝置證明了碳?xì)淙剂峡梢栽诂F(xiàn)實(shí)的條件下由陽光和空氣制成。”
該裝置直接從空氣中提取二氧化碳和水，并使用太陽能對其進(jìn)行分解，得到包括氫氣和一氧化碳混合物在內(nèi)的合成氣，隨后將其加工成煤油、甲醇或其他烴類。
利用太陽能制造碳?xì)浠衔锶剂系难b置原理。 圖片來源：ETH Zurich
今年早些時候，荷蘭基礎(chǔ)能源研究所（DIFFER）與豐田汽車歐洲公司合作，試圖開發(fā)一種裝置，吸收潮濕空氣中的水蒸氣，利用太陽能將其分解為氫氣和氧氣。目前，研究人員已經(jīng)開發(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。圖片來源：DIFFER
在比利時，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(jù)研究人員的說法，經(jīng)過十年的發(fā)展，該小組現(xiàn)在每天可以生產(chǎn)250升的氫氣。其中，20個這樣的氫氣面板可以為一個家庭在整個冬天提供電力和熱能。
魯汶大學(xué)的生物科學(xué)工程師設(shè)計(jì)了一種氫氣面板，能將15％的陽光直接轉(zhuǎn)換成氫氣。圖片來源：KU Leuven
氫能擴(kuò)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(guī)模化應(yīng)用尚有距離。鑒于從低碳能源生產(chǎn)氫氣的成本仍很高，當(dāng)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(dāng)于英國和印度尼西亞年度碳排放量的總和。
減少現(xiàn)有氫氣生產(chǎn)的碳排放是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，但也是增加全球清潔氫氣利用規(guī)模的機(jī)會。
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(shè)施還不太多，更多的工業(yè)設(shè)施正在籌備中。但若需要達(dá)到清潔生產(chǎn)的目標(biāo)，還需要更大的規(guī)模。
另一種方法是從電能中獲得更多的氫供應(yīng)。在過去二十年中，已有200多個項(xiàng)目開始運(yùn)營，將電能和水轉(zhuǎn)化為氫氣，以減少碳排放。
在汽車、卡車、鋼鐵和供暖建筑等其他領(lǐng)域擴(kuò)大清潔氫氣的使用是另一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。目前全球約有11200輛氫燃料電池動力汽車在道路上行駛。到2030年，鼓勵使用氫能源汽車的政府希望這一數(shù)字急劇增加到250萬。
國際能源署分析，預(yù)計(jì)到2030年，用可再生電力生產(chǎn)氫氣的成本可能會下降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(shè)備都可以從大規(guī)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題：
氫氣的密度很低，需要在高壓下儲存和運(yùn)輸；
氫氣易燃且無味，在氫氣燃燒之前，必須使用傳感器檢測泄漏；
氫燃料供應(yīng)商是否愿意建設(shè)數(shù)量龐大的加氫站來服務(wù)氫燃料電動汽車。
推動氫能加快發(fā)展路在何方
國際能源署執(zhí)行主任法提赫·比羅爾指出，“當(dāng)前氫能迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)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?xì)夤眯袠I(yè)、汽車制造商、石油和天然氣公司、一些大型技術(shù)公司和城市，都在積極推動氫能發(fā)展。”
為了鞏固這一勢頭，國際能源署在其專項(xiàng)報(bào)告提出了四個推動氫氣發(fā)展的建議，以幫助政府、企業(yè)和其他利益相關(guān)者擴(kuò)大全球氫能發(fā)展的規(guī)模。
1.使工業(yè)港成為擴(kuò)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集中在世界各地的沿海工業(yè)區(qū)，如歐洲北海，北美洲的墨西哥灣沿岸和中國東南部。鼓勵這些工廠轉(zhuǎn)向更清潔的氫氣生產(chǎn)將會減少整體成本。
2．依托現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施如天然氣管道輸送氫氣
如能依托目前上百萬公里的天然氣管道，僅僅將其中5%的管道用來運(yùn)輸氫氣，將大大增加對氫氣的需求并減少成本。
3.擴(kuò)大氫燃料在貨運(yùn)、客運(yùn)車隊(duì)中的使用
沿著固定路線運(yùn)送乘客和貨物的汽車、卡車和公共汽車可以轉(zhuǎn)向使用氫燃料電池電動汽車。
4.啟動氫貿(mào)易的國際航線
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(yīng)在長期能源戰(zhàn)略中確立氫的作用。氫能生產(chǎn)、利用和開發(fā)的公司也應(yīng)確立長遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)，加大對氫能的研發(fā)力度，通過政策和技術(shù)的創(chuàng)新推動氫能的長遠(yuǎn)發(fā)展。如這些建議真能被很好的采納和執(zhí)行，我們有理由相信，氫能發(fā)展的春天確實(shí)來了！
