清潔氫：被寄予厚望的清潔能源

2023年7月，南歐遭受了前所未有的熱浪侵襲，氣溫飆升至45攝氏度左右。與此同時，西班牙某一試驗場的溫度達到了1400°C。

該試驗場是西班牙的太陽能平臺，位于阿爾梅里亞省（Almería）。此太陽能平臺利用反光鏡將該地區(qū)充足的陽光聚集到43米高的塔上的一點。這種高塔可以利用太陽能產(chǎn)生極高的溫度。

歐盟研究人員表示，這一平臺是歐洲最大的聚光太陽能發(fā)電技術(shù)測試中心，也可能是生產(chǎn)可再生氫的關(guān)鍵。這種形式的電力，將與太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機一起，幫助歐洲和世界其他地區(qū)擺脫對化石燃料的依賴，減少溫室氣體排放。

希臘研究與技術(shù)中心(Centre for Research & Technology Hellas)的化學(xué)工程師蘇扎納·勞倫佐(Souzana Lorentzou)表示：“我們需要真正的清潔能源，這種能源將惠及全人類。”

鑒于氫燃燒時幾乎不產(chǎn)生溫室氣體，科學(xué)家認(rèn)為氫可以助力全球綠色經(jīng)濟發(fā)展，為一系列難以脫碳的行業(yè)，如鋼鐵、航空等行業(yè)提供動力。包括清潔氫在內(nèi)的可再生能源是REPowerEU能源戰(zhàn)略的支柱，該戰(zhàn)略旨在在本十年內(nèi)停用俄羅斯的化石燃料；同時，可再生能源也是“綠色協(xié)議”的重點，該協(xié)議旨在推動歐盟于2050年實現(xiàn)氣候中和。但問題在于，生產(chǎn)氫需要使用天然氣和煤炭等能源，會產(chǎn)生碳排放。2022年，歐洲96%的氫氣產(chǎn)量來自天然氣。

不過，目前也有一種相對簡單的制造清潔氫的方法，即利用可再生能源發(fā)電將水分離成氫和氧。這一過程稱為電解，應(yīng)用門檻低，甚至可以在高中實驗里實現(xiàn)。但由于成本過高，這種制氫方法尚未廣泛應(yīng)用。據(jù)國際可再生能源機構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，全球氫氣產(chǎn)量中只有4%來自電解，而可再生能源電解生產(chǎn)的氫氣只占1%。

太陽能制氫

歐洲研究人員表示，通過太陽能制造可再生氫的方法行之有效。太陽射線及其產(chǎn)生的熱量可能是生產(chǎn)清潔氫的理想方式：生產(chǎn)過程中不需要電力，只需要陽光。

勞倫佐稱:“我們的技術(shù)是建立在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，即聚光太陽能發(fā)電廠。如果這些工廠還能生產(chǎn)綠色氫氣，那會怎么樣？”

西班牙巴塞羅那Leitat技術(shù)中心的首席研究員馬賽爾·博里格特（Marcel Boerrigter）表示，目前生產(chǎn)氫氣造成的二氧化碳排放量超80億噸，約占全球二氧化碳排放總量的2%。因此，如果能利用太陽制造氫能源，就可以大量減少二氧化碳排放。

博里格特與羅倫佐都致力于尋找零碳排放制氫方法，并各自領(lǐng)導(dǎo)一個研究項目，且都已獲得歐盟資助。

位于阿爾梅里亞的太陽能塔便可以用來生產(chǎn)氫氣。阿爾梅里亞省的塔博納斯沙漠是歐洲唯一的內(nèi)陸沙漠，每年日照時間達3000小時以上。

羅倫佐的項目計劃利用塔的高溫為反應(yīng)堆供能，將水轉(zhuǎn)化為清潔氫，而不使用電力。該計劃名為“超越氫溶膠”（HYDROSOL-beyond），是利用太陽能分解水制氫的最新項目，于2019年1月開始，計劃于2023年年底結(jié)束。

博里格特的項目除了利用太陽的熱量外，還利用太陽光制造清潔氫。該項目名為GH2，計劃將持續(xù)三年，到2025年9月底結(jié)束。

多方協(xié)同，減少研究風(fēng)險

“目前，電力成本是生產(chǎn)綠色氫的主要成本，”博里格特表示，“不過我們的方法擺脫了電力的約束。”太陽能制氫雖然前景很好，但技術(shù)上仍然面臨挑戰(zhàn)，僅憑太陽熱量或太陽光制造氫的想法將需要更多的時間來實現(xiàn)。解決技術(shù)困難，研究必不可少。部分風(fēng)險較高的項目由公眾資助，而企業(yè)卻很少資助此類項目。

“超越氫溶膠”技術(shù)已經(jīng)開發(fā)了大約20年。盡管在此期間取得了許多進展，但羅倫佐仍不確定何時能開始大規(guī)模應(yīng)用。

羅倫佐表示，如今的技術(shù)是這個系列的第五代成果。“我見證了這項技術(shù)從在實驗室里初具雛形，到小規(guī)模的安裝，再到我們現(xiàn)在擁有的非常大規(guī)模的系統(tǒng)。”

項目正在穩(wěn)步推進

羅倫佐認(rèn)為，此項目（包括阿爾梅里亞的反應(yīng)堆在內(nèi)）可能還需要五年時間進行技術(shù)微調(diào)。她認(rèn)為：“在如此大規(guī)模的建設(shè)中，我們正在面臨幾個挑戰(zhàn)。例如，我們當(dāng)前的首要任務(wù)是改變反應(yīng)堆的設(shè)計，增加耐久度。”

就其本身而言，GH2背后的技術(shù)仍處于實驗室階段，距離商業(yè)應(yīng)用仍有一段路要走。現(xiàn)階段，研究人員需要簡化化學(xué)過程，然后才能擴大規(guī)模并在現(xiàn)實世界中使用。

博里格特聲稱:“該技術(shù)可能要10到20年才能進入商業(yè)階段。這聽起來很慢，但鑒于我們目前仍處于早期階段，所以我們的發(fā)展速度實際上很快。”博里格特、羅倫佐和其他研究人員表示，利用太陽能生產(chǎn)清潔氫，可以幫助緩和未來幾十年的氣候變化。

博里格特補充道，一旦掌握了這項技術(shù)，就能減少二氧化碳排放，制造綠色氫氣，同時減少電力消耗，可謂一舉多得。