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近年來，我國已成為全球最大的制氫國家。根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書 2020》的估算，到2030年，我國對氫氣的年需求量將增長至3715噸，到2060年將增至1.3億噸，顯示出巨大的增長潛力。預計到2050年，氫能產(chǎn)業(yè)鏈的年產(chǎn)值有望達到12萬億，光伏裝機規(guī)模也將增至900吉瓦，形成萬億級市場。


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)濟和環(huán)保的優(yōu)勢之外，光伏制氫還可有效解決光伏電站的消納問題，減少棄光率，使得光伏發(fā)電的利用率達到100%。

因此，光伏制氫作為一個新興領(lǐng)域正迅速嶄露頭角，成為解決能源問題的有力工具。在這個背景下，許多光伏企業(yè)開始積極布局光伏制氫項目，包括陽光電源、億利潔能、金開新能和晶科能源等。其中，隆基綠能更是由創(chuàng)始人親自出動，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。

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


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

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

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


該納米復合材料在空氣-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。在無需強制對流的條件下，Pt/TiO2冷凍氣凝膠催化劑實現(xiàn)了高達163 mmol h-1 m-2的析氫速率。

通過在1平方米的面積上應用經(jīng)濟可行的單原子Cu/TiO2光催化劑，納米復合材料每天能夠產(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。

這項納米復合材料作為可漂浮光催化平臺，在太陽能制氫領(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)化價值。

如果該項技術(shù)能夠得到廣闊應用，將促進大規(guī)模氫能生產(chǎn)。納米復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)能源供應提供了可靠的來源。這將促進能源行業(yè)向更清潔、低碳的方向轉(zhuǎn)型，將極大程度的滿足未來能源需求的增長，形成新的規(guī)模化能源市場。

然而，除了光伏制氫領(lǐng)域自身存在的技術(shù)瓶頸，氫能的運輸和儲存問題也一直困擾著相關(guān)領(lǐng)域的從業(yè)者。目前，長距離氫氣運輸仍主要依賴汽車運輸，但這種方式成本高、效率低，是導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，氫氣作為一種極易燃的氣體，儲存變得極具挑戰(zhàn)性。此外，氫氣在金屬晶粒周圍會聚集，形成高達18.7兆帕的壓力，相當于地表氣壓的187倍，對金屬結(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的問題，以及能否產(chǎn)生1+1大于2的協(xié)同效應，產(chǎn)業(yè)風口是否能夠?qū)崿F(xiàn)落地并達到規(guī)模經(jīng)濟，這些仍然無法蓋棺定論，需要時間來進行驗證。只有經(jīng)過充分的實踐和探索，我們才能揭示光伏制氫在能源領(lǐng)域的真正潛力。

原標題：光伏制氫重大技術(shù)突破