【盘点】低碳氢最有前景的关键技术路径

尽管在各国将能源安全置于可持续发展之上的背景下，低碳氢的发展势头有所减弱，但国际能源署（IEA）预计，2025年的项目管线规模约为80亿美元，几乎是2024年的两倍。

PV Tech Research的分析师预测，仅在欧洲，绿氢将以每年200%的速度增长，目前已有60多个项目正在建设中。微软与绿氢钢铁签署了一项为期七年的协议，为其数据中心采购钢材，这类消息表明，来自难以减排行业的需求可能回升。与此同时，欧盟等市场正在加大对政策框架的投入，技术也在持续进步。

在许多可持续生产方法仍处于实验或示范阶段的情况下，哪些是最值得关注的技术？

碱性电解

蒸汽甲烷重整——即灰氢——仍然是目前最广泛使用的制氢方法，占全球产量的68%，每生产1千克氢气会排放高达12千克二氧化碳。水电解（如果使用可再生能源则被视为“绿氢”）仅占5%。

在这部分中，碱性电解是最成熟和最常用的。它由两个电极——阳极和阴极——组成，中间有一个多孔隔膜。周围是碱性溶液。通电后，水分子在带负电的阴极处分解并释放氢气。这是一种低温技术，通常在50–80°C下运行。虽然成本低，但对使用可再生能源所带来的功率波动的耐受性较差。

质子交换膜电解

质子交换膜（PEM）电解采用类似的低温技术路线，但使用的是聚合物膜而不是隔膜。这种膜提高了导电性和气体隔离能力，使其比碱性电解槽更高效。PEM电解槽对电力波动的影响较小，但目前依赖铂和铱等世界上最稀有的元素。

固体氧化物电解槽

近年来，固体氧化物电解槽（SOEC）受到越来越多关注。它采用相同的电解过程，但需要600°C到1000°C的更高温度，并使用陶瓷电池作为隔离层。因此，SOEC的效率可高达85%，三菱重工（MHI）正将其自身SOEC装置的目标效率设定为90%，远高于碱性和PEM方法。SOEC源自固体氧化物燃料电池，这是一项成熟技术，几乎不需要稀有金属。

光催化水分解

顾名思义，光催化水分解利用光能来驱动水的电解过程，纳米颗粒状的尖晶石铁氧体在其中作为催化剂。由于它们具有磁性，可以很容易被回收和重复使用。该过程使用铁等丰富材料，当技术从学术界走向实际应用时，有望带来显著的成本节约。

甲烷热裂解

MHI还在开发甲烷热裂解以生产“绿松石氢”，通过将天然气分解为固体碳和氢气。MHI正在努力提高该过程的制氢效率。副产的炭黑可以作为工业材料使用。

生物刺激制氢

除了各种化学过程，研究人员还在从生物学中寻找解决方案——利用生活在枯竭油田中的微生物，将残余原油转化为氢气。最近在加利福尼亚进行的一项现场试验已经成功利用该工艺生产了氢气。

天然氢

到目前为止，氢气的生产主要由人工合成方法主导，但地壳中也存在大量天然氢（或称白氢）资源。马里的一口井自2012年以来一直在生产天然氢，随后在世界其他地区也发现了大量储量。美国地质调查局估计，如果全球资源中仅有2%可以被可持续开采，就可产生约10万百万吨氢气，其所含能量是全球天然气储量能量的两倍。

低碳氢已经进入其发展历程中的一个重要阶段，尽管面临一些挑战，但已宣布的项目数量和政策支持仍在持续增长。氢能是否能够更接近成为主要的脱碳路径，将取决于更可预测、更持久的政策框架，以建立需求并吸引投资者，以及技术供应商将多样化解决方案推向商业化规模的能力。

（全球氢能网、新能源网综合）