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近年來(lái)，我國(guó)已成為全球最大的制氫國(guó)家。根據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū) 2020》的估算，到2030年，我國(guó)對(duì)氫氣的年需求量將增長(zhǎng)至3715噸，到2060年將增至1.3億噸，顯示出巨大的增長(zhǎng)潛力。預(yù)計(jì)到2050年，氫能產(chǎn)業(yè)鏈的年產(chǎn)值有望達(dá)到12萬(wàn)億，光伏裝機(jī)規(guī)模也將增至900吉瓦，形成萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)。


在各種制氫方法中，光伏制氫備受關(guān)注，而其他方法如氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、化工原料制氫和石化資源制氫，往往不符合綠色發(fā)展的主題。唯有光伏制氫才能產(chǎn)生真正的“綠氫”。

除了經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的優(yōu)勢(shì)之外，光伏制氫還可有效解決光伏電站的消納問(wèn)題，減少棄光率，使得光伏發(fā)電的利用率達(dá)到100%。

因此，光伏制氫作為一個(gè)新興領(lǐng)域正迅速嶄露頭角，成為解決能源問(wèn)題的有力工具。在這個(gè)背景下，許多光伏企業(yè)開(kāi)始積極布局光伏制氫項(xiàng)目，包括陽(yáng)光電源、億利潔能、金開(kāi)新能和晶科能源等。其中，隆基綠能更是由創(chuàng)始人親自出動(dòng)，與朱雀投資合作成立了氫能子公司，積極拓展光伏制氫業(yè)務(wù)。

央企也積極參與其中，中石化新疆庫(kù)車(chē)綠氫示范項(xiàng)目的220千伏綠氫變電站已于2023年3月31日成功送電，計(jì)劃在6月30日投產(chǎn)。


隨著眾多光伏公司紛紛宣布進(jìn)軍光伏制氫項(xiàng)目，他們的股價(jià)也迅速飆升。然而，盡管市場(chǎng)前景廣闊，光伏制氫的大規(guī)模應(yīng)用仍面臨一些棘手的技術(shù)瓶頸。

其中，兩個(gè)最為關(guān)鍵的問(wèn)題是催化劑的不穩(wěn)定性和逆反應(yīng)的存在。

最近，韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究院的Dae-Hyeong Kim教授和Taeghwan Hyeon教授等人為解決上述問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的可浮式光催化平臺(tái)，采用多孔彈性體-水凝膠納米復(fù)合材料構(gòu)建。相關(guān)研究成果以《Floatable photocatalytic hydrogel nanocomposites for large-scale solar hydrogen production》為題發(fā)表在頂級(jí)期刊《Nature Nanotechnology》上。


該納米復(fù)合材料在空氣-水界面處展現(xiàn)出高效的光傳輸能力、易于氣體分離以及抑制H2逆氧化的特點(diǎn)。在無(wú)需強(qiáng)制對(duì)流的條件下，Pt/TiO2冷凍氣凝膠催化劑實(shí)現(xiàn)了高達(dá)163 mmol h-1 m-2的析氫速率。

通過(guò)在1平方米的面積上應(yīng)用經(jīng)濟(jì)可行的單原子Cu/TiO2光催化劑，納米復(fù)合材料每天能夠產(chǎn)生79.2毫升的氫氣，充分展示了其在自然光照下的出色性能。

這項(xiàng)納米復(fù)合材料作為可漂浮光催化平臺(tái)，在太陽(yáng)能制氫領(lǐng)域顯示出優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的潛力，并具備巨大的商業(yè)化價(jià)值。

如果該項(xiàng)技術(shù)能夠得到廣闊應(yīng)用，將促進(jìn)大規(guī)模氫能生產(chǎn)。納米復(fù)合材料的高效光傳輸和催化性能能夠?qū)崿F(xiàn)更高的氫氣產(chǎn)量，為可持續(xù)能源供應(yīng)提供了可靠的來(lái)源。這將促進(jìn)能源行業(yè)向更清潔、低碳的方向轉(zhuǎn)型，將極大程度的滿(mǎn)足未來(lái)能源需求的增長(zhǎng)，形成新的規(guī)?；茉词袌?chǎng)。

然而，除了光伏制氫領(lǐng)域自身存在的技術(shù)瓶頸，氫能的運(yùn)輸和儲(chǔ)存問(wèn)題也一直困擾著相關(guān)領(lǐng)域的從業(yè)者。目前，長(zhǎng)距離氫氣運(yùn)輸仍主要依賴(lài)汽車(chē)運(yùn)輸，但這種方式成本高、效率低，是導(dǎo)致終端用氫成本居高不下的主要原因之一，從而制約了產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

與此同時(shí)，氫氣作為一種極易燃的氣體，儲(chǔ)存變得極具挑戰(zhàn)性。此外，氫氣在金屬晶粒周?chē)鷷?huì)聚集，形成高達(dá)18.7兆帕的壓力，相當(dāng)于地表氣壓的187倍，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)造成破壞和脆化，這就是所謂的“氫脆”現(xiàn)象。

因此，關(guān)于光伏制氫是否能夠相互促進(jìn)的問(wèn)題，以及能否產(chǎn)生1+1大于2的協(xié)同效應(yīng)，產(chǎn)業(yè)風(fēng)口是否能夠?qū)崿F(xiàn)落地并達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)，這些仍然無(wú)法蓋棺定論，需要時(shí)間來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。只有經(jīng)過(guò)充分的實(shí)踐和探索，我們才能揭示光伏制氫在能源領(lǐng)域的真正潛力。

原標(biāo)題：光伏制氫重大技術(shù)突破