氢能驱动低碳未来之路——太阳能光热催化制氢的应用分析

能源是当今社会经济发展与科技进步的基石，从各方面影响着国民生产生活。近年来在全球范围内，世界各国特别是发达国家开始寻求相互合作以减少化石能源使用和控制碳排放。国家主席习近平也在2020年联合国大会上正式提出中国碳排放“30·60”目标，即中国力争2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。因此，人类迫切需要绿色、清洁的可再生能源来取代传统的化石燃料。

《2030年前碳达峰行动方案》在顶层设计层面明确了氢能作为清洁能源在推动碳排放达峰进程中的核心地位，并对加氢站的建设与发展给予了高度关注与明确部署。通过科学规划与扎实建设加氢站网络，中国正稳步踏上氢能驱动的低碳未来之路，为全球气候治理贡献中国智慧与实践。

氢气主要是通过涉及天然气和其他化石燃料的过程生产的，这使得从生产开始到最终使用，这种原本绿色的燃料更像是一种“灰色”能源。相比之下，太阳能制氢提供了一种**零排放的替代方案，因为它**依赖可再生太阳能来驱动氢的生产。但到目前为止，现有的设计效率有限，只有大约7%的入射阳光被用来制造氢气，迄今为止的结果是低产量和高成本。麻省理工学院的研究小组估计，他们的新设计可以利用高达40%的太阳热量来产生更多的氢气，这是实现太阳能燃料的一大步。效率的提高可以降低系统的总体成本，使太阳能制氢成为一个潜在的可扩展的、负担得起的选择，以帮助运输行业脱碳，该研究团队预计到2030年以每公斤1美元的价格生产绿色氢。

针对未来太阳能加氢站这一具体场景，较为适用的太阳能制氢技术路线主要包括太阳能光伏电解水制氢技术及太阳能光热甲醇重整制氢技术。其中，基于太阳能光伏电解水制氢技术的加氢站，其**优点是：通过太阳能电池的电力，来电解水提取氢，并且在制造氢时不会产生CO2。2008年，日本本田的研发子公司本田美国研发（Honda R&D Americas）在洛杉矶研发中心启动了新一代小型太阳能加氢站进行技术研究与验证。

然而，该技术路线目前也存在一些短期内难以克服的瓶颈问题，主要存在的问题包括：

（1）高耗能：目前大型工业化碱性电解水制氢需要消耗大量的电能且制氢效率不高，即使采用光伏供电也需要**的光伏面积；

（2）产氢速率低：由于电解反应动力学限制，电解水产氢速率相对较低，难以满足快速产氢的场景需求；

（3）制氢高成本：当前成熟的电解水制氢技术的成本相对较高，主要源于电解设备和度电成本；

（4）储运氢成本高：氢气的储存和运输相对困难，其中涉及高压储氢或液化储氢等技术，加之金属清脆问题的存在，增加了系统复杂性、安全性和成本。

由于氢气为易燃易爆易扩散的化学性质活泼的气体，同时因其过低的沸点而极难液化，这都进一步提高了氢气储存与运输的困难与成本，而利用富氢燃料通过重整反应进行制氢可以避免上述问题。甲醇因其高氢碳比、易于生物降解、低硫含量、易于储存和运输等优点而成为理想的制氢原料之一。

相较于太阳能光伏电解水制氢技术，太阳能光热甲醇重整制氢技术目前的主要优势包括：

（1）制氢能耗低、速率高：甲醇重整制氢反应动力学及热力学有利，使制氢过程在200~300℃的中低温条件下即可快速发生，且化学反应过程吸收的热量较小，具有“产氢快、能耗低”的显著优势；

（2）储运便捷：相比于气体状态的氢气，液态的甲醇更易于储存和运输，减少了储运氢气带来的成本以及安全问题；

（3）已有设施重复利用：储运以及加注甲醇可以利用现有的加油站基础设施，无需新建加氢站，可以有效降低能源转型所需的基础设施投入；

（4）原料来源广、价格低廉：

甲醇作为一种拥有多元化制取方式的燃料，可通过生物质合成或化石能源等方式获取，来源广泛，属于**存量最多的燃料之一，未来通过“液态阳光” 技术可实现无碳绿醇生产。此外，随着二氧化碳加氢制取绿色甲醇技术的成熟，将产物中的高纯度CO2气体收集后可与绿氢重新制备为绿甲醇并循环利用，在整个过程中可实现二氧化碳的净零排放。

陕西省《“十四五”氢能产业发展规划》明确提出探索氢能与可再生能源的融合发展，旨在通过利用丰富的太阳能资源，推动制氢过程的清洁化，实现生产过程的减碳脱碳。陕西省拥有丰富的太阳能资源，北部榆林等地年总辐射量高达6000 MJ/m²，年均日照时数超过2800小时，适宜大规模开发太阳能制氢项目。陕西省发展太阳能加氢站旨在深度挖掘太阳能资源潜力，推动氢能与可再生能源的深度融合，构建绿色、高效、可持续的氢能产业链，形成多元应用场景，助力传统能源产业转型升级，为**乃至**的能源绿色低碳转型树立典范。通过太阳能加氢站的建设和运营，陕西省将进一步提升其在清洁能源领域的影响力，为实现碳达峰、碳中和目标作出重要贡献。

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