近日日本東京大學(xué)等組成的研究團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)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?qǐng)?bào)導(dǎo)，像這次這種大范圍的實(shí)驗(yàn)前所未見，能有助大量且低成本地制造氫的技術(shù)。
用光觸媒從水分解出氫氣
成功完成這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的研究團(tuán)隊(duì)，由日本“新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)”（NEDO）及東京都大學(xué)、信州大學(xué)等組成，今年8月已將實(shí)驗(yàn)成果發(fā)表在國(guó)際科學(xué)期刊“自然”（Nature）。
研究團(tuán)隊(duì)致力于活用吸收太陽光造成物質(zhì)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的“光觸媒”作用、把水分解為氫與氧所使用的物質(zhì)的技術(shù)研發(fā)。
這次所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是把附著這項(xiàng)物質(zhì)的面板設(shè)置在戶外并注水，從太陽光照射產(chǎn)生混有氫與氧的氣體中僅分離出氫；這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)從前年開始，已進(jìn)行約兩年。
氫跟氧結(jié)合碰到火就會(huì)燃燒或爆炸，是很難處理的氣體，但這次實(shí)驗(yàn)?zāi)軓漠a(chǎn)生的逾7成氫中，安全分離出約94%的高純度氫。
研究團(tuán)隊(duì)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(shù)；另一方面，能更有效率分離氫的新物質(zhì)研發(fā)實(shí)用化已成課題。
研究團(tuán)隊(duì)成員、東京大學(xué)特別教授堂免一成說，像這么大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)因?yàn)榫弑ㄎｋU(xiǎn)性，全球沒有前例，但他們考量了如何安全進(jìn)行的方式，并研發(fā)出實(shí)驗(yàn)裝置，“希望能早日實(shí)用化，向全球大量提供便宜的氫”。
氫為何被稱為“完美能源”？
氫直接燃燒或通過燃料電池發(fā)電的產(chǎn)物為水，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的零碳排放，對(duì)環(huán)境不造成任何污染，故而被譽(yù)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(tài)、液態(tài)及固態(tài)的氫化物呈現(xiàn)，以適應(yīng)各種運(yùn)儲(chǔ)方式及應(yīng)用環(huán)境的要求，和化石能源相比，其制取更為方便，不受地區(qū)因素的限制，也不會(huì)因資源分布不均而引發(fā)地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，通過可再生能源制氫，將促成碳中和的實(shí)現(xiàn)。
目前以化石燃料做為主原料的煤氣轉(zhuǎn)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(shí)以太陽能制氫已有40年的的發(fā)展歷史，被認(rèn)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(lǐng)域取得重大進(jìn)展。
“豪賭”氫能源的日本：技術(shù)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先
放眼全球，日本是近年來最熱衷發(fā)展氫能的國(guó)家之一，作為一個(gè)島國(guó)，日本最不缺的就是海水，而海水中蘊(yùn)含巨大的氫能資源。
2011年之前，日本將低碳發(fā)電目標(biāo)寄望于核能，但福島事故后已轉(zhuǎn)變?yōu)榧耐诳稍偕茉吹陌l(fā)展。
利用碳捕獲（CCS）實(shí)現(xiàn)平價(jià)化石燃料的脫碳制氫，以及可再生能源制氫，對(duì)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(chǔ)運(yùn)的氫能，無疑是“后福島時(shí)代”得以兼顧能源安全和碳中和目標(biāo)的理想選擇。
日本百年老店──電氣產(chǎn)品制造商?hào)|芝集團(tuán)（Toshiba）正在全球布置此具“未來能源”之稱的氫能，并以大規(guī)?？稍偕茉粗迫【G氫，做為碳中和時(shí)代的解決方案。
早在50年前東芝就開始做氫能方面的研發(fā)，當(dāng)時(shí)日本的氫路線是烴類或醇類重整制氫，但現(xiàn)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(tǒng)H2Rex在日本國(guó)內(nèi)已累計(jì)交付了100臺(tái)以上，這種100KW的模塊化單元，可根據(jù)需求做靈活組合，啟動(dòng)后不及5分鐘時(shí)間，高效管道或儲(chǔ)槽中的氫氣轉(zhuǎn)化為電能和熱能。
除了氫能之外，東芝還有其他頗具競(jìng)爭(zhēng)力的的能源業(yè)務(wù)和碳捕獲及儲(chǔ)存技術(shù)，可以根據(jù)不同地區(qū)的條件與與特征，進(jìn)行靈活的組合，無論在水電領(lǐng)域、光伏領(lǐng)域及地?zé)犷I(lǐng)域，均處于世界領(lǐng)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(dòng)其脫碳和減排努力。
日本政府在2017年年底時(shí)，就發(fā)布了“氫能源基本戰(zhàn)略”，要在2030年實(shí)現(xiàn)氫氣價(jià)格每立方米30日元，加氫站數(shù)量達(dá)到900個(gè)，氫能源汽車數(shù)量達(dá)到80萬輛。
前不久，松下集團(tuán)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(fā)電，再通過電解水的方法制氫；另一種是利用制氫設(shè)備與氣體重整工藝相結(jié)合，該技術(shù)來自“Ene-Farm”家用天然氣燃料電池，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定制取氫氣。
事實(shí)上，這僅僅是日系眾多加氫站的一個(gè)。對(duì)于人口密度極高的日本來說，加氫站運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性的重要性不言而喻。截至2018年底，日本已經(jīng)建成了96座加氫站，而目前日本加氫站的數(shù)量已經(jīng)突破100座，穩(wěn)居世界第一。目前日本加氫的價(jià)格和汽油相當(dāng)，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(dòng)汽車相當(dāng)。
不僅是加氫站的數(shù)量，日本在氫能源技術(shù)的專利數(shù)量上也是遙遙領(lǐng)先。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球氫燃料電池技術(shù)專利83%握在日本人的手里。
之前氫雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在全球范圍內(nèi)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?qū)τ跉淠艿淖畲筚€注之一。
如今隨著日本東京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)太陽能大規(guī)模制氫，如果接下來實(shí)現(xiàn)商業(yè)實(shí)用化，無疑將有望大幅降低用氫成本，推動(dòng)氫能源的商業(yè)化和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
華爾街日?qǐng)?bào)在2021年6月的一份報(bào)道提到， 長(zhǎng)期以來，氫能一直被認(rèn)為成本過高，效率過低，因而不切實(shí)際。日本的這一選擇堪稱全球?qū)τ跉淠艿淖畲筚€注之一。
正如1970年代日本引領(lǐng)了液化天然氣的使用一樣，該計(jì)劃（氫能源）若成功，將為全球氫能供應(yīng)鏈奠定基礎(chǔ)，最終使氫能成為一種獨(dú)立的能源來源，進(jìn)一步推動(dòng)石油和煤炭的邊緣化， 給世界能源市場(chǎng)帶來巨大變革。
如今，日本長(zhǎng)期以來對(duì)氫能源的“豪賭”不但有望為自己帶來豐厚回報(bào)，更將為當(dāng)下飽受能源危機(jī)及碳中和困擾的國(guó)家點(diǎn)亮一盞希望之燈。
