如何降低電解水制氫成本，加速其工業(yè)化應(yīng)用？

5月13日，據(jù)浙江大學(xué)新聞辦的消息，浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院侯陽研究員設(shè)計開發(fā)出了一種單原子OER（一種生成氧氣的反應(yīng)）催化劑，能使電/光電催化水裂解析氧反應(yīng)更加高效，從而提升氫氣制備的效率，這種新型催化劑可降低80%的制氫成本。

氫被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”，高效廉價制取成為氫能市場化的關(guān)鍵一環(huán)。尤其是在氫能汽車的發(fā)展中，若想氫燃料電池車走進(jìn)“尋常百姓家”，氫作為原材料的制取可行性至關(guān)重要。

2017年，國際氫能委員會發(fā)布的首份《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報告》指出，到2050年，通過更大規(guī)模的普及，氫能源將占整個能源消耗量的大約20%，全年的二氧化碳排放量能夠較現(xiàn)在減少約60億噸。

電解水制氫技術(shù)頻頻突破

氫氣從哪來？主要的技術(shù)方式包括傳統(tǒng)能源的化石原料制氫法、化工原料制氫法、工業(yè)尾氣制氫法、電解水制氫法以及新型制氫技術(shù)等。現(xiàn)階段，我國主要用來制氫的方法是化石燃料制氫法。

中信證券(20.300，0.42，2.11%)一份研究報告指出，我國是世界上最大的氫氣生產(chǎn)和消耗國家，約占全球30%。2018年全國工業(yè)制氫約2500萬噸，其中化石燃料制氫約占65%，工業(yè)副產(chǎn)氫約24%，電解水約占1%。

理論上來講，通過水裂解產(chǎn)生氧氣，進(jìn)而形成氫氣，是最常見的氫氣制備方法，但其產(chǎn)生的電/光電催化析氧反應(yīng)（OER），會限制整體的能量轉(zhuǎn)換效率。因此，研制出廉價而又高效的催化劑，成為電解水制氫推廣的關(guān)鍵。

常用的氧析出商用催化劑是二氧化銥，但銥每克的價格接近黃金的兩倍，通過二氧化銥制氫的成本高出轉(zhuǎn)化為相同能量所需的汽油成本。另一種可作為催化元素的釕金屬更便宜，但在強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化性環(huán)境中，二氧化釕在高的工作電位下極易被氧化為四氧化釕，失去催化活性。

不久前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳宇恩教授課題組運用創(chuàng)新工藝，研制出一種新型的釕單原子合金催化劑，向推進(jìn)“電解水制氫”的工業(yè)化應(yīng)用邁出重要一步。這一成果被選為今年4月《自然-催化》（學(xué)術(shù)雜志《自然》的子刊）的封面文章。

在氫能領(lǐng)域，這并非近期唯一的科學(xué)突破。

據(jù)《科技日報》4月1日報道，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所韓洪憲研究員和李燦院士團(tuán)隊與日本理化學(xué)研究所合作，研發(fā)出一種可在強(qiáng)酸條件下電解水制氫的長壽命廉價催化劑。

前述浙江大學(xué)的成果，是通過仿生學(xué)的方法，設(shè)計并開發(fā)出一種單原子OER催化劑，將高度分散的鎳單原子錨定在氮-硫摻雜的多孔納米碳基底上，用于高效電/光電催化水裂解析氧反應(yīng)。這項成果被知名學(xué)術(shù)雜志《自然通訊》（NatureCommunications）在線報道。

氫能汽車燃料成本或大降

為什么需要電解水制氫？

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的一份研究報告指出，目前煤氣化制氫和天然氣重整制氫，相對于石油售價已經(jīng)存在利潤空間。但用化石燃料制取氫氣不可持續(xù)，不能解決能源和環(huán)境的根本矛盾，并且碳排放量高，對環(huán)境不友好。電解水制氫是可持續(xù)和低污染的，隨著電價下降和技術(shù)發(fā)展、規(guī)模化效應(yīng)，電解水產(chǎn)業(yè)即將興起。

在氫燃料電池汽車的發(fā)展頻頻迎來政策利好的當(dāng)下，工業(yè)級電解水制氫的技術(shù)突破對氫能汽車有何影響？

浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院侯陽研究員表示，新一代燃料電池汽車對高能量密度提出重要需求，水裂解產(chǎn)生的氫氣能源將發(fā)揮重要作用。這項成果展現(xiàn)了工業(yè)級電解水制氫的潛能，或?qū)⒅π乱淮鷼淠芷嚧笠?guī)模降低燃料成本。

當(dāng)前，成本是制約電解水制氫走向大規(guī)模應(yīng)用的一個主要阻礙因素。卓創(chuàng)資訊分析師房明告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者，電解水制氫的成本大約是每立方米3-4元。假如真的可以降低80%的成本，相比其他方式制氫1-2元每立方米的價格更低，當(dāng)然會成為一種十分理想的選擇。

不止是高校和科研機(jī)構(gòu)，企業(yè)也瞄準(zhǔn)了電解水制氫降成本的方向。

深圳一家燃料電池汽車研發(fā)企業(yè)的負(fù)責(zé)人向記者透露，公司今年不久前向廣東省科技廳申報了一項快速電解水制氫的新技術(shù)。“新技術(shù)有兩個優(yōu)勢，一是速度快，一小時大概可以制備20公斤氫氣；二是成本更低。”

這位負(fù)責(zé)人表示，電解水制氫純度高、雜質(zhì)少，重整和裂解制的氫，純度和含硫量都不能滿足燃料電池。一旦含硫量太高，對燃料電池的損害會極大，而在提純工藝這一塊，檢測微量元素的設(shè)備中國還沒有自主生產(chǎn)。

國鴻氫能常務(wù)副總經(jīng)理張哲軍告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者，現(xiàn)在國家支持氫燃料電池汽車發(fā)展的方向已經(jīng)非常明朗，各界的熱情都比較高，在積極推動做一些事情。

張哲軍表示，各地的情況不一樣，有的地方煤炭、天然氣豐富，有的地方工業(yè)副產(chǎn)氫就已經(jīng)足夠，有的地方棄電嚴(yán)重，用電成本更低，這導(dǎo)致制氫的方式選擇會不一樣。

“隨著氫能汽車的生產(chǎn)更加規(guī)模化，如果電解水制氫的成本大幅降低，這會成為一種主流的方式。”張哲軍說。