談到制氫，很多人自然而然會(huì)想到化工廠，再往深聊，或許會(huì)對(duì)氫燃料電池車侃侃而談，提到氫能上下游及產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)規(guī)劃。然而，這些都是“遠(yuǎn)觀”的制氫。

政府工作報(bào)告的藍(lán)圖上，氫能已著墨。忽如一夜春風(fēng)來(lái)，氫燃料電池車駛?cè)氚l(fā)展的快車道。一直被視為?；飞a(chǎn)和管制的氫，是實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的基石，而它的制取，很低調(diào)。

據(jù)報(bào)道統(tǒng)計(jì)，我國(guó)注冊(cè)從事或計(jì)劃涉足氫能業(yè)務(wù)的相關(guān)企業(yè)已經(jīng)超過(guò)1000家。其中，制氫供氫類約200家。如何高效、低成本、安全、綠色制氫，是氫能行業(yè)永恒的追求之一。

中國(guó)氫能聯(lián)盟戰(zhàn)略指導(dǎo)委員會(huì)常務(wù)副主任、中國(guó)工程院院士干勇曾公開(kāi)指出，氫能發(fā)展需要的是“兵馬未動(dòng)糧草先行”。

近日，喜歡提問(wèn)題的聯(lián)盟小氫采訪了中國(guó)氫能聯(lián)盟成員單位中幾位優(yōu)秀的“制氫代表”，他們的制氫技術(shù)有的處在國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際領(lǐng)先水平，有的具有很強(qiáng)的代表性。

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制氫很重要，讓我們?nèi)ヌ絺€(gè)究竟。

煤制氫老大 - 國(guó)家能源集團(tuán)

眾所周知，我國(guó)擁有豐富的煤炭資源，大型清潔煤制氫，終將成為煤炭清潔高效利用以及低質(zhì)煤開(kāi)發(fā)利用的重要方向。煤制氫+CCS也被認(rèn)為是我國(guó)未來(lái)中遠(yuǎn)期的主要制氫技術(shù)路線。

國(guó)家能源集團(tuán)把氫能作為低碳發(fā)展的重要方向，并合理高效地利用集團(tuán)的煤炭資源及先進(jìn)技術(shù)大力發(fā)展煤制氫，在處理先進(jìn)產(chǎn)能冗余的同時(shí)，為我國(guó)氫能發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。

目前，煤化工領(lǐng)域擁有年產(chǎn)超過(guò)400萬(wàn)噸氫氣、供應(yīng)4000萬(wàn)輛燃料電池車的制氫能力，排名全球首位。其中神華鄂爾多斯煤直接液化工廠是世界最大的煤制氫工廠，每年生產(chǎn)18萬(wàn)噸氫氣。

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中國(guó)氫能聯(lián)盟理事長(zhǎng)、國(guó)家能源集團(tuán)前總經(jīng)理凌文曾公開(kāi)表示，“目前，煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)59%，而且未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，煤炭還是我們能源供給的主力，所以不能盲目去煤、恨煤。煤本身沒(méi)有罪，如果我們把煤煙塵、硫、氮氧化物等問(wèn)題解決，那煤就是清潔能源，目前二氧化碳的問(wèn)題正在解決?！?/p>

關(guān)于凌文提到的二氧化碳問(wèn)題，國(guó)家能源集團(tuán)也積極發(fā)揮帶頭作用，已經(jīng)成功示范30萬(wàn)噸二氧化碳封存（CCS）技術(shù)，為低成本低碳煤制氫奠定技術(shù)基礎(chǔ)。并在煤制氫過(guò)程中的氣化技術(shù)、CO變換技術(shù)、變壓吸附技術(shù)以及氫能熱化學(xué)應(yīng)用方面都居于世界先進(jìn)水平。

除了煤制氫，國(guó)家能源集團(tuán)在可再生能源制氫方面也有突出表現(xiàn)。前不久，由國(guó)家能源集團(tuán)牽頭承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“大規(guī)模風(fēng)/光互補(bǔ)制氫關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”項(xiàng)目正式獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心的立項(xiàng)批復(fù)，并進(jìn)入啟動(dòng)階段。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“大規(guī)模風(fēng)/光互補(bǔ)制氫關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”項(xiàng)目正式獲批

據(jù)資料顯示，項(xiàng)目預(yù)期建成6MW/2MW以上風(fēng)/光互補(bǔ)項(xiàng)目，建成1200Nm3/h電解水制氫站，建成35MPa/70MPa固定式加氫站、70MPa移動(dòng)式加氫站以及風(fēng)光氫多能綜合監(jiān)控中心。該項(xiàng)目成果將填補(bǔ)我國(guó)MW級(jí)大規(guī)模風(fēng)光耦合制-儲(chǔ)-用氫系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)示范工程空白，推進(jìn)我國(guó)可再生能源與氫能源產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展。

此外，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合中國(guó)氫能聯(lián)盟成員單位鋼研集團(tuán)、同濟(jì)?學(xué)、中船重?、航天科技、有研集團(tuán)以及發(fā)改委能源所發(fā)起的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專題研究》課題中標(biāo)國(guó)家能源局2019 年能源戰(zhàn)略規(guī)劃?作研究課題。

該課題是國(guó)家層面首次開(kāi)展氫能定位專題研究，此次中標(biāo)也意味著國(guó)家能源集團(tuán)在氫能產(chǎn)業(yè)推動(dòng)方面的努力獲得認(rèn)可。

水電解制氫先鋒 - 特種

中國(guó)氫能聯(lián)盟專家委員會(huì)委員、特種七一八所所長(zhǎng)李俊華曾表示，從船舶行業(yè)角度來(lái)看，本身就應(yīng)該去把氫能作為重要的應(yīng)用方向。運(yùn)用技術(shù)的相通、相融性，特種技術(shù)可以拓展到其他領(lǐng)域，共同促進(jìn)整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)于七一八所而言，水電解制氫是一個(gè)純粹的融合的技術(shù)，發(fā)展氫能是順勢(shì)而為。

順勢(shì)而為的七一八所，目前在電解水制氫領(lǐng)域已建成中國(guó)最大的電解水制氫設(shè)備生產(chǎn)基地，并且在技術(shù)發(fā)展上扮演著先鋒角色。

據(jù)七一八所專業(yè)人員解釋，水電解制氫是通過(guò)電解的作用使水分解為氫氣和氧氣，具有產(chǎn)氫純度高、雜質(zhì)種類少等特點(diǎn)，是一種廣泛應(yīng)用的制氫方法。

在堿性水電解方面，特種形成了產(chǎn)氫量0.5～600Nm3/h的堿性水電解制氫設(shè)備產(chǎn)品體系。在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)發(fā)了加壓型雙極壓濾式水電解制氫裝置，并實(shí)現(xiàn)裝置的全自動(dòng)控制運(yùn)行。此外，研制的撬裝式水電解制氫設(shè)備、車載式水電解制氫設(shè)備、600Nm3/h制氫裝置均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

在純水電解方面，特種研制生產(chǎn)的首臺(tái)民用2Nm3/h（國(guó)際上的較為成熟產(chǎn)品指標(biāo)為2～10Nm3/h及20～50Nm3/h）的SPE電解水制氫設(shè)備順利通過(guò)出廠驗(yàn)收，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，成功交付客戶。

此外，特種還參與了國(guó)家863項(xiàng)目《風(fēng)電耦合制/儲(chǔ)氫燃料電池發(fā)電柔性微網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及示范》，對(duì)水電解制氫裝置電解槽控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，以適應(yīng)風(fēng)電寬功率波動(dòng)的特性，突破了風(fēng)電制氫多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)始示范運(yùn)行。

在眾多電解水技術(shù)中，質(zhì)子交換膜（PEM）電解水技術(shù)受到廣泛關(guān)注，目前商業(yè)化PEM制氫仍受成本等問(wèn)題制約。在PEM強(qiáng)酸條件下工作時(shí)，大部分催化劑會(huì)不穩(wěn)定，目前，只有貴金屬銥（Ir）能在PEM酸性環(huán)境下穩(wěn)定工作，這極大限制了PEM電解水技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，同時(shí)運(yùn)行中電的消耗過(guò)大。因此，開(kāi)發(fā)能夠取代貴金屬的廉價(jià)、高效且穩(wěn)定的電解水催化劑，對(duì)發(fā)展大規(guī)模低成本PEM電解水制氫技術(shù)尤為關(guān)鍵。

質(zhì)子交換膜制氫代表 - 華北電力大學(xué)

采用質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫以其高效、無(wú)污染、安全可靠和氫氣純度高等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。華北電力大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，從新型催化劑的制備以及質(zhì)子交換膜改性等方面開(kāi)展了基礎(chǔ)性研究工作，為相關(guān)技術(shù)進(jìn)步提供支撐。

電解水過(guò)程中催化劑的過(guò)電位是影響整個(gè)過(guò)程電能消耗的重要因素，因此高效催化劑對(duì)制氫效率和成本至關(guān)重要。華北電力大學(xué)的研究人員采用脈沖電沉積法，在PtRu納米團(tuán)簇上選擇性電沉積Ir，合成了一種新型的PtRuIr雙功能電催化劑，并對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能研究。發(fā)現(xiàn)其中Ir含量為10%時(shí)催化性能最佳，電壓1.5V時(shí)，析氧反應(yīng)電流密度約240 mA cm-2。同時(shí)，對(duì)氧氣還原，在電壓0.5V時(shí)電流密度約為78 mA cm-2。盡管電化學(xué)性能低于目前商用催化劑的單一析氧和氧還原性能，但是該合成新型的PtRuIr催化劑具有雙效功能。

相關(guān)研究發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Energy Conversion and Management上，2018年入選ESI高被引論文。

在質(zhì)子交換膜方面，華北電力大學(xué)通過(guò)對(duì)天然可獲得的成本低廉的埃洛石納米管進(jìn)行改性處理，接枝上具有質(zhì)子傳導(dǎo)能力的磺化基團(tuán)并摻雜至聚合物基體中，發(fā)現(xiàn)低濕度下膜的質(zhì)子傳導(dǎo)和保水性得到很大改善，同時(shí)甲醇滲透問(wèn)題得到有效改善。

下一步，華北電力大學(xué)將繼續(xù)深入研究催化劑和質(zhì)子交換膜，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并構(gòu)建模擬仿真系統(tǒng)。期待他們的新成果，相信會(huì)為整個(gè)制氫行業(yè)提供領(lǐng)先技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品。

光伏發(fā)電驅(qū)動(dòng)電解水制氫代表 - 中科院大連化物所

中科院大連化物所與日本理化學(xué)研究所合作，研發(fā)出一種可在強(qiáng)酸條件下長(zhǎng)壽命電催化分解水的廉價(jià)電催化劑，利用光伏發(fā)電驅(qū)動(dòng)電解水（PV-E）制氫，是目前最有希望的大規(guī)模利用可再生能源的制氫技術(shù)。

研究人員基于前期的探索發(fā)現(xiàn)了γ型二氧化錳（γ-MnO2）在特殊電位窗口范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)酸條件下穩(wěn)定電催化水分解，并實(shí)現(xiàn)了8000多小時(shí)的長(zhǎng)壽命工作。在此基礎(chǔ)上，研究人員還利用原位光譜電化學(xué)等方法，系統(tǒng)研究了這種催化劑在強(qiáng)酸性條件下電催化水分解反應(yīng)的機(jī)理。

最后得出結(jié)論，γ-MnO2非貴金屬電催化劑可以實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)酸條件下長(zhǎng)壽命分解水，為發(fā)展廉價(jià)、穩(wěn)定、高效的分解水制氫催化劑開(kāi)啟了新的思路。

氫能要糧草先行，需要制氫企業(yè)領(lǐng)跑。相信，未來(lái)還有更多值得期待的技術(shù)進(jìn)步和研發(fā)成果，制氫商業(yè)化、市場(chǎng)化的發(fā)展腳步也會(huì)越來(lái)越快。