【盤點】低碳氫最有前景的關鍵技術路徑

盡管在各國將能源安全置于可持續發展之上的背景下，低碳氫的發展勢頭有所減弱，但國際能源署（IEA）預計，2025年的項目管線規模約為80億美元，幾乎是2024年的兩倍。

PV Tech Research的分析師預測，僅在歐洲，綠氫將以每年200%的速度增長，目前已有60多個項目正在建設中。微軟與綠氫鋼鐵簽署了一項為期七年的協議，為其數據中心采購鋼材，這類消息表明，來自難以減排行業的需求可能回升。與此同時，歐盟等市場正在加大對政策框架的投入，技術也在持續進步。

在許多可持續生產方法仍處于實驗或示范階段的情況下，哪些是最值得關注的技術？

堿性電解

蒸汽甲烷重整——即灰氫——仍然是目前最廣泛使用的制氫方法，占全球產量的68%，每生產1千克氫氣會排放高達12千克二氧化碳。水電解（如果使用可再生能源則被視為“綠氫”）僅占5%。

在這部分中，堿性電解是最成熟和最常用的。它由兩個電極——陽極和陰極——組成，中間有一個多孔隔膜。周圍是堿性溶液。通電后，水分子在帶負電的陰極處分解并釋放氫氣。這是一種低溫技術，通常在50–80°C下運行。雖然成本低，但對使用可再生能源所帶來的功率波動的耐受性較差。

質子交換膜電解

質子交換膜（PEM）電解采用類似的低溫技術路線，但使用的是聚合物膜而不是隔膜。這種膜提高了導電性和氣體隔離能力，使其比堿性電解槽更高效。PEM電解槽對電力波動的影響較小，但目前依賴鉑和銥等世界上最稀有的元素。

固體氧化物電解槽

近年來，固體氧化物電解槽（SOEC）受到越來越多關注。它采用相同的電解過程，但需要600°C到1000°C的更高溫度，并使用陶瓷電池作為隔離層。因此，SOEC的效率可高達85%，三菱重工（MHI）正將其自身SOEC裝置的目標效率設定為90%，遠高于堿性和PEM方法。SOEC源自固體氧化物燃料電池，這是一項成熟技術，幾乎不需要稀有金屬。

光催化水分解

顧名思義，光催化水分解利用光能來驅動水的電解過程，納米顆粒狀的尖晶石鐵氧體在其中作為催化劑。由于它們具有磁性，可以很容易被回收和重復使用。該過程使用鐵等豐富材料，當技術從學術界走向實際應用時，有望帶來顯著的成本節約。

甲烷熱裂解

MHI還在開發甲烷熱裂解以生產“綠松石氫”，通過將天然氣分解為固體碳和氫氣。MHI正在努力提高該過程的制氫效率。副產的炭黑可以作為工業材料使用。

生物刺激制氫

除了各種化學過程，研究人員還在從生物學中尋找解決方案——利用生活在枯竭油田中的微生物，將殘余原油轉化為氫氣。最近在加利福尼亞進行的一項現場試驗已經成功利用該工藝生產了氫氣。

天然氫

到目前為止，氫氣的生產主要由人工合成方法主導，但地殼中也存在大量天然氫（或稱白氫）資源。馬里的一口井自2012年以來一直在生產天然氫，隨后在世界其他地區也發現了大量儲量。美國地質調查局估計，如果全球資源中僅有2%可以被可持續開采，就可產生約10萬百萬噸氫氣，其所含能量是全球天然氣儲量能量的兩倍。

低碳氫已經進入其發展歷程中的一個重要階段，盡管面臨一些挑戰，但已宣布的項目數量和政策支持仍在持續增長。氫能是否能夠更接近成為主要的脫碳路徑，將取決于更可預測、更持久的政策框架，以建立需求并吸引投資者，以及技術供應商將多樣化解決方案推向商業化規模的能力。

（全球氫能網、新能源網綜合）