日本成功實現全球首例太陽能大規模制氫

 

 

近日日本東京大學等組成的研究團隊成功利用陽光照射從水中分解出氫與氧的“光觸媒”作用，在100平方公尺大范圍實驗中，成功安全地分離出高純度氫，盼有助大量提供便宜的氫。

 

日本媒體（NHK）17日報導，像這次這種大范圍的實驗前所未見，能有助大量且低成本地制造氫的技術。

 

 

成功完成這項實驗的研究團隊，由日本“新能源產業技術綜合開發機構”（NEDO）及東京都大學、信州大學等組成，今年8月已將實驗成果發表在國際科學期刊“自然”（Nature）。

 

研究團隊致力于活用吸收太陽光造成物質出現化學反應的“光觸媒”作用、把水分解為氫與氧所使用的物質的技術研發。

 

這次所進行的實驗是把附著這項物質的面板設置在戶外并注水，從太陽光照射產生混有氫與氧的氣體中僅分離出氫；這項實驗從前年開始，已進行約兩年。

 

氫跟氧結合碰到火就會燃燒或爆炸，是很難處理的氣體，但這次實驗能從產生的逾7成氫中，安全分離出約94%的高純度氫。

 

研究團隊表示，在100平方公尺的大范圍成功分離出氫是全球首例，期待有助能大量且低成本制造氫的技術；另一方面，能更有效率分離氫的新物質研發實用化已成課題。

 

研究團隊成員、東京大學特別教授堂免一成說，像這么大規模的實驗因為具爆炸危險性，全球沒有前例，但他們考量了如何安全進行的方式，并研發出實驗裝置，“希望能早日實用化，向全球大量提供便宜的氫”。

 

 

氫直接燃燒或通過燃料電池發電的產物為水，能夠實現真正的零碳排放，對環境不造成任何污染，故而被譽為終極能源或"完美能源"。

 

氫廣存于地球之中，其能源密度極高，且可以氣態、液態及固態的氫化物呈現，以適應各種運儲方式及應用環境的要求，和化石能源相比，其制取更為方便，不受地區因素的限制，也不會因資源分布不均而引發地緣政治風險，通過可再生能源制氫，將促成碳中和的實現。

 

目前以化石燃料做為主原料的煤氣轉化法占全球氫制備總量的95%，而以電解水制氫的的比率不足5%，以太陽能制氫的比例更小。其實以太陽能制氫已有40年的的發展歷史，被認為是最有前景的制氫方法之一。

 

而如今，日本終于在太陽能制氫這一領域取得重大進展。

 

放眼全球，日本是近年來最熱衷發展氫能的國家之一，作為一個島國，日本最不缺的就是海水，而海水中蘊含巨大的氫能資源。

 

2011年之前，日本將低碳發電目標寄望于核能，但福島事故后已轉變為寄望于可再生能源的發展。

 

利用碳捕獲（CCS）實現平價化石燃料的脫碳制氫，以及可再生能源制氫，對能源自給率甚低的日本而言，用零排碳的可再生能源以制取清潔、高效且較易儲運的氫能，無疑是“后福島時代”得以兼顧能源安全和碳中和目標的理想選擇。

 

日本百年老店──電氣產品制造商東芝集團（Toshiba）正在全球布置此具“未來能源”之稱的氫能，并以大規模可再生能源制取綠氫，做為碳中和時代的解決方案。

 

早在50年前東芝就開始做氫能方面的研發，當時日本的氫路線是烴類或醇類重整制氫，但現在零碳的理念下，近10年已全面提升氫能體系。例如東芝燃料電池體系全部都是純氫制備，其燃料電池系統H2Rex在日本國內已累計交付了100臺以上，這種100KW的模塊化單元，可根據需求做靈活組合，啟動后不及5分鐘時間，高效管道或儲槽中的氫氣轉化為電能和熱能。

 

除了氫能之外，東芝還有其他頗具競爭力的的能源業務和碳捕獲及儲存技術，可以根據不同地區的條件與與特征，進行靈活的組合，無論在水電領域、光伏領域及地熱領域，均處于世界領先的地位。

 

日本三菱公司周一（10月18日）也表示，將在2030年前投資2萬億日元（175.4億美元）用于可再生能源和氫氣等替代能源，以推動其脫碳和減排努力。

 

 

日本政府在2017年年底時，就發布了“氫能源基本戰略”，要在2030年實現氫氣價格每立方米30日元，加氫站數量達到900個，氫能源汽車數量達到80萬輛。

 

前不久，松下集團在大阪建造了“H2 Kusatsu Farm”加氫站，第一種是利用太陽能電池板發電，再通過電解水的方法制氫；另一種是利用制氫設備與氣體重整工藝相結合，該技術來自“Ene-Farm”家用天然氣燃料電池，已經可以實現穩定制取氫氣。

 

事實上，這僅僅是日系眾多加氫站的一個。對于人口密度極高的日本來說，加氫站運轉的安全性的重要性不言而喻。截至2018年底，日本已經建成了96座加氫站，而目前日本加氫站的數量已經突破100座，穩居世界第一。目前日本加氫的價格和汽油相當，300元的氫氣可以行駛650km，并且日本政府提出，2025年氫能源汽車的用車成本要和混動汽車相當。

 

不僅是加氫站的數量，日本在氫能源技術的專利數量上也是遙遙領先。根據數據統計，全球氫燃料電池技術專利83%握在日本人的手里。

 

之前氫雖有諸多優點，但在全球范圍內仍為制氫成本居高不下所困擾，就算在日本也要靠政府的政策來支持。日本的這一選擇堪稱全球對于氫能的最大賭注之一。

 

如今隨著日本東京大學研究團隊成功實現太陽能大規模制氫，如果接下來實現商業實用化，無疑將有望大幅降低用氫成本，推動氫能源的商業化和相關產業鏈的發展。

 

華爾街日報在2021年6月的一份報道提到， 長期以來，氫能一直被認為成本過高，效率過低，因而不切實際。日本的這一選擇堪稱全球對于氫能的最大賭注之一。

 

正如1970年代日本引領了液化天然氣的使用一樣，該計劃（氫能源）若成功，將為全球氫能供應鏈奠定基礎，最終使氫能成為一種獨立的能源來源，進一步推動石油和煤炭的邊緣化， 給世界能源市場帶來巨大變革。

 

如今，日本長期以來對氫能源的“豪賭”不但有望為自己帶來豐厚回報，更將為當下飽受能源危機及碳中和困擾的國家點亮一盞希望之燈。