氫能，距離我們有多遠

人們對於氫氣最深的印象，可能就是五彩斑斕的氫氣球。不過，大家不太瞭解的是，作爲一種高效、清潔的能源載體，氫能在全球能源轉型中扮演着越來越重要的角色。那麼，氫氣真的能逐步發展爲未來的能源支柱嗎？

爲何要發展氫能

近年來，全世界都在積極探索綠色、低碳、可持續的能源解決方案。氫能作爲一種高效、環保且可再生的能源，受到了世界各國的廣泛關注。中國作爲全球最大的能源消費國，已將氫能產業視爲未來能源轉型的重要方向。

根據《中國氫能產業發展報告2020》，預計到2050年，氫能將在我國能源結構中佔據10%的份額。國家發改委和能源局聯合發佈的《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》強調，氫能作爲我國未來能源結構的重要組成部分，是推動能源終端綠色低碳轉型的關鍵載體，也是國家重點發展的戰略性新興產業。

儘管中國的氫能產業仍處於起步階段，但正是這種初創狀態，使其站在了歷史性的機遇窗口。爲了加速清潔能源發展，我國政府已推出一系列鼓勵與支持政策，特別是對綠色產氫行業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爲氫能產業提供堅實支撐，推動其健康穩定發展。

在市場層面，氫能在交通(如氫燃料電池汽車)、工業及能源儲存等領域的應用正迅速增長。爲了實現氫能規模化應用，我國正積極推進從產氫、儲氫、運氫到用氫的全產業鏈協同發展，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、製冷等傳統產業中，開拓新的應用場景，進一步拓寬其發展空間並創造更多增長機遇。

結合國際能源趨勢、我國能源資源狀況以及“雙碳”目標，筆者認爲，氫能的發展不僅是全球能源趨勢，更是我國能源發展的必然選擇。通過發展氫能，我們將更好地實現能源轉型，滿足經濟社會發展的需求，同時爲全球綠色低碳目標貢獻力量。

發展氫能要解決幾個問題

目前，我國已成爲全球最大的制氫國，並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域，展現出巨大的發展潛力。

然而，氫能的規模化應用，仍面臨兩大技術難題。

首先是制氫成本問題。制氫成本比較高，尤其是電解水產氫——其成本主要受可再生電力價格影響。此外，電解水產氫等綠色產氫方式，還需在技術效率、穩定性和成本方面持續優化。

其次是氫氣的儲運問題。由於氫能生產與應用可能存在時空分佈差異，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，是氫能真正融入並規模化應用於現有能源體系的必要條件。

除了技術難題，政策與法規環境，也是影響氫能發展的重要因素。目前，關於氫能在產氫、儲存、運輸等環節的法規和標準，尚處於完善階段。相信隨着一系列制度體系的完善和健全，氫能產業將生髮更大的動力，汲取更強勁的動能。

如今，大量資本和企業正進入氫能產業鏈，預示着這一行業將持續繁榮。這意味着，雖然我國氫能產業仍面臨一些挑戰，但擁有着廣闊的發展空間。

產生氫氣的幾大途徑

氫氣的生產主要有四大技術路徑：電解水制氫、化石能源制氫、工業副產製氫及生物質制氫。

從長期視角看，電解水制氫可能是未來主流的產氫方式，其他多種產氫技術將作爲補充手段，共同構建多元化制氫格局。從中短期角度來看，電解水制氫仍面臨技術瓶頸和可再生電力成本等挑戰，其廣泛應用仍受到制約。相比之下，化石能源產氫，憑藉低成本和現有的大規模基礎設施，在中短期內仍將維持主導地位。

水制氫，被認爲是最可持續的途徑——原料成本低廉且取用方便，燃燒釋放能量後，又再生成水，循環往復、取之不盡，整個過程不會造成任何環境污染。例如，電解水產氫可以耦合可再生能源實現綠色產氫。

但現階段，水制氫仍面臨能源利用效率低下、工程適配性不足及經濟性挑戰。推動電解水制氫技術的廣泛應用與產業化，核心在於降低清潔電力的成本，增強其整體經濟性和市場競爭力。此外，制氫催化劑長效穩定性的維持，也是當前電解水制氫技術中亟待突破的技術難題。

筆者所在的研究團隊結合多相催化(編者注：在兩相〔固—液、固—氣、液—氣〕界面上發生的催化反應，工業中使用的催化反應大多屬於多相催化)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定性，因此在低溫條件下實現水的活化並高效制氫，是當前面臨的關鍵科學挑戰。

近年來，團隊在“水中取氫”與“重整產氫”方向，發表了多篇具有國際影響力的科研論文，並形成了一系列發明專利。例如，我們與合作者最近的兩項成果均圍繞制氫反應過程的不同科學技術關鍵難點，進行探索突破。一項研究聚焦於制氫催化劑的穩定性問題，進一步開創了一種全新、具有廣泛適用性的高活性產氫催化劑穩定策略，爲開發高效、穩定的制氫技術提供了全新思路。另一項則聚焦於乙醇和水分子重整的零碳排放制氫路徑，將爲零碳排放的工業制氫奠定堅實的科學基礎，爲未來清潔能源的發展提供了重要的技術支撐。

要實現氫能產業的綠色、可持續發展，還需解決一系列科學技術和應用難題。具體來說，針對中短期內仍佔較大比例的化石能源制氫和工業副產製氫過程，應繼續發展二氧化碳捕集與利用技術，在控制成本的同時，儘可能實現綠色環保；對於綠色可持續的催化產氫過程，需進一步優化效率以減少碳足跡；對於未來將成爲主流的電解水產氫過程，如何提高其集成度、規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，我們將緊密關注行業動態，聚焦產氫及相關過程的核心科學技術問題，發展綠色清潔的可持續產氫、儲氫、運氫和用氫技術，推動重大的原創性科學研究實踐落地，助力中國在氫能領域取得國際領先地位。

(作者：高子睿 馬丁，分別系北京大學化學與分子工程學院博士後，教授)