电解水制氢技术频频突破
发布日期：2019/5/23
如何降低电解水制氢成本，加速其工业化应用？
5月13日，据浙江大学新闻办的消息，浙江大学化学工程与生物工程学院侯阳研究员设计开发出了一种单原子OER(一种生成氧气的反应)催化剂，能使电/光电催化水裂解析氧反应更加高效，从而提升氢气制备的效率，这种新型催化剂可降低80%的制氢成本。
氢被誉为21世纪的“终极能源”，高效廉价制取成为氢能市场化的关键一环。尤其是在氢能汽车的发展中，若想氢燃料电池车走进“寻常百姓家”，氢作为原材料的制取可行性至关重要。
2017年，国际氢能委员会发布的首份《氢能源未来发展趋势调研报告》指出，到2050年，通过更大规模的普及，氢能源将占整个能源消耗量的大约20%，全年的二氧化碳排放量能够较现在减少约60亿吨。
电解水制氢技术频频突破
氢气从哪来？主要的技术方式包括传统能源的化石原料制氢法、化工原料制氢法、工业尾气制氢法、电解水制氢法以及新型制氢技术等。现阶段，我国主要用来制氢的方法是化石燃料制氢法。
中信证券一份研究报告指出，我国是世界上最大的氢气生产和消耗国家，约占全球30%。2018年全国工业制氢约2500万吨，其中化石燃料制氢约占65%，工业副产氢约24%，电解水约占1%。
理论上来讲，通过水裂解产生氧气，进而形成氢气，是最常见的氢气制备方法，但其产生的电/光电催化析氧反应(OER)，会限制整体的能量转换效率。因此，研制出廉价而又高效的催化剂，成为电解水制氢推广的关键。
常用的氧析出商用催化剂是二氧化铱，但铱每克的价格接近黄金的两倍，通过二氧化铱制氢的成本高出转化为相同能量所需的汽油成本。另一种可作为催化元素的钌金属更便宜，但在强酸、强氧化性环境中，二氧化钌在高的工作电位下极易被氧化为四氧化钌，失去催化活性。
不久前，中国科学技术大学吴宇恩教授课题组运用创新工艺，研制出一种新型的钌单原子合金催化剂，向推进“电解水制氢”的工业化应用迈出重要一步。这一成果被选为今年4月《自然-催化》(学术杂志《自然》的子刊)的封面文章。
在氢能领域，这并非近期唯一的科学突破。
据《科技日报》4月1日报道，中国科学院大连化学物理研究所韩洪宪研究员和李灿院士团队与日本理化学研究所合作，研发出一种可在强酸条件下电解水制氢的长寿命廉价催化剂。
前述浙江大学的成果，是通过仿生学的方法，设计并开发出一种单原子OER催化剂，将高度分散的镍单原子锚定在氮-硫掺杂的多孔纳米碳基底上，用于高效电/光电催化水裂解析氧反应。这项成果被知名学术杂志《自然通讯》(Nature Communications)在线报道。
氢能汽车燃料成本或大降
为什么需要电解水制氢？
前瞻产业研究院的一份研究报告指出，目前煤气化制氢和天然气重整制氢，相对于石油售价已经存在利润空间。但用化石燃料制取氢气不可持续，不能解决能源和环境的根本矛盾，并且碳排放量高，对环境不友好。电解水制氢是可持续和低污染的，随着电价下降和技术发展、规模化效应，电解水产业即将兴起。
在氢燃料电池汽车的发展频频迎来政策利好的当下，工业级电解水制氢的技术突破对氢能汽车有何影响？
浙江大学化学工程与生物工程学院侯阳研究员表示，新一代燃料电池汽车对高能量密度提出重要需求，水裂解产生的氢气能源将发挥重要作用。这项成果展现了工业级电解水制氢的潜能，或将助力新一代氢能汽车大规模降低燃料成本。
当前，成本是制约电解水制氢走向大规模应用的一个主要阻碍因素。卓创资讯分析师房明告诉21世纪经济报道记者，电解水制氢的成本大约是每立方米3-4元。假如真的可以降低80%的成本，相比其他方式制氢1-2元每立方米的价格更低，当然会成为一种十分理想的选择。
不止是高校和科研机构，企业也瞄准了电解水制氢降成本的方向。
深圳一家燃料电池汽车研发企业的负责人向记者透露，公司今年不久前向广东省科技厅申报了一项快速电解水制氢的新技术。“新技术有两个优势，一是速度快，一小时大概可以制备20公斤氢气；二是成本更低。”
这位负责人表示，电解水制氢纯度高、杂质少，重整和裂解制的氢，纯度和含硫量都不能满足燃料电池。一旦含硫量太高，对燃料电池的损害会极大，而在提纯工艺这一块，检测微量元素的设备中国还没有自主生产。
国鸿氢能常务副总经理张哲军告诉记者，现在国家支持氢燃料电池汽车发展的方向已经非常明朗，各界的热情都比较高，在积极推动做一些事情。
张哲军表示，各地的情况不一样，有的地方煤炭、天然气丰富，有的地方工业副产氢就已经足够，有的地方弃电严重，用电成本更低，这导致制氢的方式选择会不一样。
“随着氢能汽车的生产更加规模化，如果电解水制氢的成本大幅降低，这会成为一种主流的方式。”张哲军说。
来源：中国电池联盟
