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革命性突破:日本成功实现全球首例太阳能大规模制氢

革命性突破:日本成功实现全球首例太阳能大规模制氢

来源:观海外

近日日本东京大学等组成的研究团队成功利用阳光照射从水中分解出氢与氧的“光触媒”作用,在100平方公尺大范围实验中,成功安全地分离出高纯度氢,盼有助大量提供便宜的氢。

日本媒体(NHK)17日报导,像这次这种大范围的实验前所未见,能有助大量且低成本地制造氢的技术。

 

用光触媒从水分解出氢气

成功完成这项实验的研究团队,由日本“新能源产业技术综合开发机构”(NEDO)及东京都大学、信州大学等组成,今年8月已将实验成果发表在国际科学期刊“自然”(Nature)。

研究团队致力于活用吸收太阳光造成物质出现化学反应的“光触媒”作用、把水分解为氢与氧所使用的物质的技术研发。

这次所进行的实验是把附着这项物质的面板设置在户外并注水,从太阳光照射产生混有氢与氧的气体中仅分离出氢;这项实验从前年开始,已进行约两年。

氢跟氧结合碰到火就会燃烧或爆炸,是很难处理的气体,但这次实验能从产生的逾7成氢中,安全分离出约94%的高纯度氢。

研究团队表示,在100平方公尺的大范围成功分离出氢是全球首例,期待有助能大量且低成本制造氢的技术;另一方面,能更有效率分离氢的新物质研发实用化已成课题。

研究团队成员、东京大学特别教授堂免一成说,像这么大规模的实验因为具爆炸危险性,全球没有前例,但他们考量了如何安全进行的方式,并研发出实验装置,“希望能早日实用化,向全球大量提供便宜的氢”。

氢为何被称为”完美能源”?

氢直接燃烧或通过燃料电池发电的产物为水,能够实现真正的零碳排放,对环境不造成任何污染,故而被誉为终极能源或”完美能源”。

氢广存于地球之中,其能源密度极高,且可以气态、液态及固态的氢化物呈现,以适应各种运储方式及应用环境的要求,和化石能源相比,其制取更为方便,不受地区因素的限制,也不会因资源分布不均而引发地缘政治风险,通过可再生能源制氢,将促成碳中和的实现。

目前以化石燃料做为主原料的煤气转化法占全球氢制备总量的95%,而以电解水制氢的的比率不足5%,以太阳能制氢的比例更小。其实以太阳能制氢已有40年的的发展历史,被认为是最有前景的制氢方法之一。

而如今, 日本终于在太阳能制氢这一领域取得重大进展。

“豪赌”氢能源的日本:技术已经遥遥领先

放眼全球,日本是近年来最热衷发展氢能的国家之一,作为一个岛国,日本最不缺的就是海水,而海水中蕴含巨大的氢能资源。

2011年之前,日本将低碳发电目标寄望于核能,但福岛事故后已转变为寄望于可再生能源的发展。

利用碳捕获(CCS)实现平价化石燃料的脱碳制氢,以及可再生能源制氢,对能源自给率甚低的日本而言,用零排碳的可再生能源以制取清洁、高效且较易储运的氢能,无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。

日本百年老店──电气产品制造商东芝集团(Toshiba)正在全球布置此具“未来能源”之称的氢能,并以大规模可再生能源制取绿氢,做为碳中和时代的解决方案。

早在50年前东芝就开始做氢能方面的研发,当时日本的氢路线是烃类或醇类重整制氢,但现在零碳的理念下,近10年已全面提升氢能体系。例如东芝燃料电池体系全部都是纯氢制备,其燃料电池系统H2Rex 在日本国内已累计交付了100台以上,这种100KW的模块化单元,可根据需求做灵活组合,启动后不及5分钟时间,高效管道或储槽中的氢气转化为电能和热能。

除了氢能之外,东芝还有其他颇具竞争力的的能源业务和碳捕获及储存技术,可以根据不同地区的条件与与特征,进行灵活的组合,无论在水电领域、光伏领域及地热领域,均处于世界领先的地位。

日本三菱公司周一(10月18日)也表示,将在2030年前投资2万亿日元(175.4亿美元)用于可再生能源和氢气等替代能源,以推动其脱碳和减排努力。

日本政府在2017年年底时,就发布了“氢能源基本战略”,要在2030年实现氢气价格每立方米30日元,加氢站数量达到900个,氢能源汽车数量达到80万辆。

前不久,松下集团在大阪建造了“H2 Kusatsu Farm”加氢站,第一种是利用太阳能电池板发电,再通过电解水的方法制氢;另一种是利用制氢设备与气体重整工艺相结合,该技术来自“Ene-Farm”家用天然气燃料电池,已经可以实现稳定制取氢气。

事实上,这仅仅是日系众多加氢站的一个。对于人口密度极高的日本来说,加氢站运转的安全性的重要性不言而喻。截至2018年底,日本已经建成了96座加氢站,而目前日本加氢站的数量已经突破100座,稳居世界第一。目前日本加氢的价格和汽油相当,300元的氢气可以行驶650km,并且日本政府提出,2025年氢能源汽车的用车成本要和混动汽车相当。

不仅是加氢站的数量,日本在氢能源技术的专利数量上也是遥遥领先。根据数据统计,全球氢燃料电池技术专利83%握在日本人的手里。

之前氢虽有诸多优点,但在全球范围内仍为制氢成本居高不下所困扰,就算在日本也要靠政府的政策来支持。日本的这一选择堪称全球对于氢能的最大赌注之一。

如今随着日本东京大学研究团队成功实现太阳能大规模制氢, 如果接下来实现商业实用化,无疑将有望大幅降低用氢成本,推动氢能源的商业化和相关产业链的发展。

华尔街日报在2021年6月的一份报道提到,长期以来,氢能一直被认为成本过高,效率过低,因而不切实际。日本的这一选择堪称全球对于氢能的最大赌注之一。

正如1970年代日本引领了液化天然气的使用一样,该计划(氢能源)若成功,将为全球氢能供应链奠定基础,最终使氢能成为一种独立的能源来源,进一步推动石油和煤炭的边缘化,给世界能源市场带来巨大变革。

如今,日本长期以来对氢能源的“豪赌”不但有望为自己带来丰厚回报,更将为当下饱受能源危机及碳中和困扰的国家点亮一盏希望之灯。

原文始发于微信公众号(百家说万家看):革命性突破:日本成功实现全球首例太阳能大规模制氢

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