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CSPPLAZA光熱發電網報道：氫(qing)能(neng)今(jin)年(nian)來在能(neng)源(yuan)圈愈加火熱，備(bei)受爭議的“青年(nian)汽車水氫(qing)發動機(ji)下線”事件甚至直接把氫(qing)能(neng)送(song)上(shang)了熱搜排行榜(bang)。事實上(shang)，太陽(yang)能(neng)與(yu)氫(qing)能(neng)也有一些(xie)淵源(yuan)。

炙手可熱，各方紛紛布局入場

公開統計數據顯示，目前已有20多個省份出臺氫能和氫燃料汽車的發展規劃。

今年全國兩會(hui)“推動(dong)加(jia)氫站建(jian)設”首次寫入(ru)《政府工(gong)作報(bao)告》，3月28日，李克強總理在博鰲亞(ya)洲論壇(tan)中指出“加(jia)快發展人工(gong)智(zhi)能(neng)、自動(dong)駕駛、氫能(neng)源等新興產業”，氫能(neng)源產業站上了風口。

一(yi)系列導向政策的(de)發布也徹底點燃(ran)了各方(fang)熱情，各路玩家紛(fen)(fen)紛(fen)(fen)布局入(ru)場，上(shang)市公司(si)表現尤(you)為積極。僅5月份至今(jin)，已經有(you)10余家上(shang)市公司(si)披(pi)露了涉足或(huo)者加大氫能產(chan)業投入(ru)的(de)公告，其中包括與大同市人民政府簽署氫能產(chan)業項目框(kuang)架(jia)合作協議(yi)的(de)光熱發電龍頭企業——北京首(shou)航艾啟威節能技術(shu)股份有(you)限公司(si)（簡稱首(shou)航節能）。

太陽能制氫已發展40余年

氫(qing)經濟概(gai)念早在(zai)20世紀70年(nian)代就(jiu)被提出，近年(nian)來隨著氫(qing)能應用(yong)技(ji)術發(fa)(fa)展逐漸成熟，以及全球應對(dui)氣候變化壓力的(de)持(chi)續增(zeng)大，氫(qing)能產業的(de)發(fa)(fa)展在(zai)世界各國(guo)備(bei)受關注，氫(qing)能及燃料電池技(ji)術作為促進經濟社會實現低(di)碳(tan)環保發(fa)(fa)展的(de)重要創(chuang)新(xin)技(ji)術，已經在(zai)全球范圍(wei)內達成了共識。

目前多(duo)國政(zheng)府(fu)都已出臺氫能(neng)(neng)(neng)及燃料電(dian)池發展戰(zhan)(zhan)略(lve)路線圖，美國、日本、德國等發達國家更是(shi)將氫能(neng)(neng)(neng)規劃上(shang)(shang)升到國家能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)戰(zhan)(zhan)略(lve)高度，而(er)在近兩年(nian)新(xin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)各行業補貼普遍退坡、但(dan)氫能(neng)(neng)(neng)補貼力度始終持(chi)續不變的中國，氫能(neng)(neng)(neng)產業如上(shang)(shang)文所述已經(jing)迎(ying)來了爆發之年(nian)。

氫(qing)(qing)能(neng)產業的(de)發(fa)展也在帶動(dong)制(zhi)氫(qing)(qing)技(ji)術(shu)不(bu)斷發(fa)展。目(mu)前(qian)工業上制(zhi)備氫(qing)(qing)氣的(de)方法可分為：煤氣轉化；熱化學法；生物制(zhi)氫(qing)(qing)；電(dian)解水制(zhi)氫(qing)(qing)；生物質熱解技(ji)術(shu)等。其中(zhong)，使用化石燃料作(zuo)為主原料的(de)煤氣轉化法，占(zhan)世界氫(qing)(qing)氣制(zhi)備總量的(de)96％左右。而太陽能(neng)制(zhi)氫(qing)(qing)雖然所占(zhan)比(bi)例甚微，但也有40余年(nian)的(de)發(fa)展歷史(shi)，并被看作(zuo)是最具前(qian)景的(de)制(zhi)氫(qing)(qing)方法之(zhi)一。

到(dao)目(mu)前為止，對(dui)太(tai)陽能(neng)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)的研究主(zhu)要集中(zhong)在：熱化學(xue)(xue)法(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)、光電化學(xue)(xue)分解法(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)、光催(cui)化法(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)、人工光合作用制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)和生物制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)等，其中(zhong)的熱化學(xue)(xue)法(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)便與光熱發電技(ji)術息(xi)息(xi)相關。

聚光技術發展為熱化學制氫帶來曙光

據公開資(zi)料，熱化學制(zhi)氫(qing)即太(tai)陽能(neng)直接熱分(fen)解(jie)水制(zhi)氫(qing)其實是(shi)最簡單的制(zhi)氫(qing)方法，就是(shi)利用太(tai)陽能(neng)聚光器收集太(tai)陽能(neng)直接加熱水，使其達到(dao)2500K(3000K以上(shang))以上(shang)的溫度(du)從(cong)而(er)分(fen)解(jie)為氫(qing)氣和氧氣的過(guo)程。

這(zhe)種方法的主要問(wen)題是(shi)(shi)：①高(gao)溫(wen)(wen)下氫(qing)氣和(he)氧(yang)氣的分離(li)；②高(gao)溫(wen)(wen)太陽能反(fan)應器的材料問(wen)題。溫(wen)(wen)度越(yue)(yue)高(gao)，水(shui)的分解效率(lv)越(yue)(yue)高(gao)，到大約4700K時，水(shui)分解反(fan)應的吉布斯函數變(bian)接近與(yu)(yu)零。但是(shi)(shi)，與(yu)(yu)此(ci)同(tong)時上述的兩(liang)個問(wen)題也越(yue)(yue)難(nan)于解決(jue)。正(zheng)是(shi)(shi)由于這(zhe)個原因，使得(de)這(zhe)種方法在1971年(nian)Ford和(he)Kane提出來以(yi)后發(fa)展比(bi)較(jiao)緩(huan)慢。

隨著(zhu)聚(ju)光技(ji)術(shu)和膜科學技(ji)術(shu)的發展，這種方法又重(zhong)新激(ji)起了(le)科學家的研究熱情。

來自以(yi)色列(lie)魏茨曼研究所(WIS,Weizmann Institute of Science)的Abraham Kogan教授從(cong)理論和試驗上對太(tai)陽能直(zhi)接熱(re)分解水制(zhi)氫技術可行(xing)性進行(xing)了論證，并對如(ru)何提高(gao)高(gao)溫(wen)反應器的制(zhi)氫效率(lv)和開發更為(wei)穩定的多孔(kong)陶瓷膜反應器進行(xing)了研究。如(ru)果在水中加入(ru)催化(hua)劑(ji)，使(shi)水的分解過程(cheng)按多步進行(xing)，就可以(yi)大(da)大(da)降低加熱(re)的溫(wen)度。由于催化(hua)劑(ji)可以(yi)反復使(shi)用，因此這(zhe)種(zhong)制(zhi)氫方法又叫(jiao)熱(re)化(hua)學(xue)循(xun)環法。

目前(qian)，科(ke)學家們已研究出100多種利(li)用(yong)(yong)熱化(hua)(hua)學循環制(zhi)氫的(de)(de)方(fang)法，所(suo)采用(yong)(yong)的(de)(de)催化(hua)(hua)劑為鹵族元素(su)、某些金屬(shu)及其(qi)化(hua)(hua)合(he)物、碳和(he)一氧化(hua)(hua)碳等(deng)。熱化(hua)(hua)學循環法可在低(di)于1000K的(de)(de)溫度(du)下制(zhi)氫，制(zhi)氫效率可達50%左右，所(suo)需熱量主要(yao)來自核能(neng)和(he)太陽(yang)能(neng)，為了(le)適(shi)應未來大規模工(gong)業制(zhi)氫的(de)(de)需要(yao)，科(ke)學家們正在研究催化(hua)(hua)劑對環境的(de)(de)影響(xiang)、新的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)材料、以及氧和(he)重(zhong)水等(deng)副產品的(de)(de)綜(zong)合(he)利(li)用(yong)(yong)等(deng)課題。

光熱高效制氫裝置有望10年內實現工業化應用

多年來(lai)，很多國家的(de)(de)研究機構和企業(ye)一(yi)直(zhi)在致力于(yu)熱化學(xue)制氫(qing)相關的(de)(de)研究并已取得一(yi)定(ding)進展。

2013年8月，美國科羅拉(la)多大學(xue)波德分校化(hua)學(xue)和生(sheng)物(wu)工程(cheng)學(xue)院的(de)教授阿蘭(lan)?維摩與(yu)其團(tuan)隊(dui)設計出(chu)了一種(zhong)塔式太陽(yang)能熱利用(yong)系統(tong)，該系統(tong)可以用(yong)太陽(yang)光有效地(di)將水分解成氫氣(qi)和氧氣(qi)，而且成本很低。

該系(xi)統工作原(yuan)(yuan)理(li)是(shi)：將聚光系(xi)統收集的(de)(de)(de)熱量輸入到含有金(jin)(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)的(de)(de)(de)反應器(qi)內，當(dang)金(jin)(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)被(bei)加熱時(shi)，會(hui)(hui)釋(shi)放(fang)出氧(yang)(yang)(yang)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)，留下(xia)的(de)(de)(de)新化合物(wu)會(hui)(hui)四處搜尋新的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)。隨后，他們再將蒸汽流（由(you)聚集到塔上的(de)(de)(de)太陽光束加熱反應器(qi)中的(de)(de)(de)水形成）引入該系(xi)統中，水分子(zi)(zi)中的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)氣會(hui)(hui)依附到金(jin)(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)（由(you)鐵(tie)、鈷、鋁和氧(yang)(yang)(yang)組(zu)成）的(de)(de)(de)表(biao)面，釋(shi)放(fang)出的(de)(de)(de)氫分子(zi)(zi)聚合在(zai)一起(qi)就(jiu)形成了(le)氫氣。

2016年，歐(ou)(ou)盟2020地平線（H2020）計劃提供資金支持的歐(ou)(ou)洲HYDROSOL-PlANT研發團隊【由歐(ou)(ou)盟4個成員國(guo)希臘(la)（總協調）、德國(guo)、西班牙和荷(he)蘭，跨(kua)(kua)行業跨(kua)(kua)學(xue)科(ke)科(ke)技人員組成】也傳來好消(xiao)息。

該團隊從2014年1月開始研(yan)究太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)制(zhi)氫HYDROSOL技術，在西班(ban)牙建設了(le)一(yi)座(zuo)750KW額定(ding)功率的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)熱(re)反應(ying)堆(dui)中試示(shi)(shi)范項目，經(jing)過反復檢測驗證的(de)指標參數，顯示(shi)(shi)出強勁的(de)競(jing)爭力。同時(shi)，該太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)制(zhi)氫熱(re)反應(ying)堆(dui)實現(xian)了(le)真正意義(yi)上(shang)清潔能(neng)(neng)源生產(chan)的(de)溫室(shi)氣體零排放，更適合建立在“太(tai)陽(yang)高照(zhao)”廣(guang)袤的(de)荒漠(mo)戈壁(bi)區域。

2017年底，德國(guo)宇(yu)航中心(xin)及(ji)其國(guo)際項目(mu)合作伙(huo)伴聯合展示了(le)(le)這個(ge)(ge)規(gui)模最(zui)大的(de)(de)可(ke)用于制氫(qing)的(de)(de)太(tai)陽能化學裝置(zhi)。DLR太(tai)陽能研究所項目(mu)經理MartinRoeb表(biao)示：“通過HYDROSOL_Plant項目(mu)，我們(men)首(shou)次設計出了(le)(le)一(yi)(yi)個(ge)(ge)可(ke)實(shi)現(xian)從發電→高純氫(qing)提取→氫(qing)存(cun)儲(chu)等完整過程(cheng)的(de)(de)太(tai)陽能制氫(qing)裝置(zhi)。雖然(ran)我們(men)的(de)(de)工作目(mu)前(qian)尚處于研究階(jie)段，但我們(men)現(xian)在(zai)每(mei)周已經可(ke)以生產一(yi)(yi)公斤的(de)(de)氫(qing)氣(qi)，這是(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)相當(dang)大的(de)(de)數字。一(yi)(yi)輛高效的(de)(de)燃料(liao)電池(chi)汽車可(ke)以在(zai)一(yi)(yi)公斤氫(qing)氣(qi)驅動下(xia)行駛100多公里。”

同(tong)樣(yang)在2017年(nian)底(di)，德國宇航(hang)中(zhong)心(xin)（DLR）還(huan)成功研(yan)發出一種名(ming)為(wei)Synlight的光熱發電(dian)模擬系統，該系統可(ke)模擬上千面定日(ri)鏡聚(ju)集(ji)太(tai)陽能的效果，通過太(tai)陽能反應堆生產太(tai)陽能燃料。研(yan)究人員預測，未來10年(nian)內，即可(ke)在光照充足的沙漠地(di)區(qu)利(li)用集(ji)中(zhong)太(tai)陽能進行氫的裂解生產。

圖：德國(guo)宇航局研究人員操作(zuo)該模擬系統

中國在熱化學制氫領域的探索和布局

在(zai)中國，中國科學(xue)院大(da)連化學(xue)物(wu)理研(yan)究所(suo)、首航節能等也在(zai)開展相(xiang)關(guan)研(yan)究。

2019年(nian)2月(yue)份，中國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)大(da)連化學(xue)物理研(yan)(yan)究(jiu)所(suo)航天催化與新材料研(yan)(yan)究(jiu)中心王曉東(dong)研(yan)(yan)究(jiu)員團隊在兩步(bu)法太陽(yang)能(neng)高溫熱化學(xue)儲能(neng)研(yan)(yan)究(jiu)方面取得新進(jin)展，相關(guan)研(yan)(yan)究(jiu)成果以(yi)全(quan)文(wen)的形式發表于(yu)《能(neng)源和(he)環(huan)境科(ke)學(xue)》（Energy Environ.Sci.）上。

據悉，兩(liang)步法(fa)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)高(gao)(gao)溫(wen)熱化(hua)學(xue)儲能(neng)(neng)(neng)是利用(yong)聚(ju)焦太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)，高(gao)(gao)溫(wen)熱裂解(jie)二氧化(hua)碳和水的(de)(de)過程。該方法(fa)可將間歇性、能(neng)(neng)(neng)量密度(du)(du)低、分(fen)布不均勻(yun)的(de)(de)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)轉化(hua)為穩定(ding)、能(neng)(neng)(neng)量密度(du)(du)高(gao)(gao)、易(yi)于儲存運輸的(de)(de)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)燃(ran)料（合成氣(qi)或(huo)氫氣(qi)），實現太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)到化(hua)學(xue)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)直接轉化(hua)。

在(zai)(zai)前(qian)期水裂解(jie)研究(jiu)工作中（AIChEJ），該團(tuan)隊開(kai)發了(le)一種CeO2-SnO2復(fu)合(he)氧(yang)化(hua)物相變材料，可有效降低第(di)一步熱還原(yuan)溫度，提高氫氣的(de)產量。在(zai)(zai)此基礎上，該團(tuan)隊開(kai)發了(le)一種CeO2-TiO2復(fu)合(he)氧(yang)化(hua)物負載的(de)鎳基催化(hua)劑，并在(zai)(zai)第(di)一步熱還原(yuan)過程(cheng)中引(yin)入還原(yuan)劑——甲烷，可以(yi)大幅提高太陽(yang)能(neng)燃(ran)料的(de)產生速(su)率和產量。

首航節能方面則在今年(nian)4月(yue)份回答(da)投資者提問時表示，塔式點(dian)聚光(guang)技術(shu)在聚光(guang)點(dian)會產(chan)(chan)生高能量(liang)密度(du)，利用這種高能量(liang)密度(du)產(chan)(chan)生極高的反(fan)應溫度(du)，從而熱化學氧化還原反(fan)應制(zhi)氫。首航節能經(jing)過多年(nian)的積累(lei)掌(zhang)握(wo)了光(guang)熱塔式點(dian)聚光(guang)技術(shu)，而熱化學制(zhi)氫反(fan)應器正在研發推進之中。

圖(tu)：運行中的敦煌100兆(zhao)瓦塔式光(guang)熱電站

今(jin)年6月17日(ri)，由(you)首(shou)(shou)航節能(neng)自(zi)主設計、投資建設的敦(dun)煌首(shou)(shou)航節能(neng)100兆瓦國家(jia)光(guang)熱示范電(dian)站順(shun)利滿(man)負(fu)荷發電(dian)，同(tong)時(shi)夏(xia)季(ji)工況下晝夜連續發電(dian)突破180萬度(du)，各項指標(biao)均(jun)達到或優于(yu)設計值，這意味(wei)著該公司光(guang)熱發電(dian)技術(shu)商業化推進(jin)再獲重大突破。

同(tong)時，首(shou)(shou)航(hang)節(jie)(jie)能(neng)(neng)在(zai)氫(qing)能(neng)(neng)產業領域動(dong)作頻頻。在(zai)4月18日(ri)(ri)發布公告(gao)(gao)中，首(shou)(shou)航(hang)節(jie)(jie)能(neng)(neng)稱(cheng)擬(ni)以估值不高于(yu)3.98億(yi)元(yuan)對新研氫(qing)能(neng)(neng)源(yuan)科技有(you)限公司進(jin)行(xing)增資；5月14日(ri)(ri)，首(shou)(shou)航(hang)節(jie)(jie)能(neng)(neng)公告(gao)(gao)稱(cheng)與大同(tong)市人民政府簽署氫(qing)能(neng)(neng)產業項目框架合作協議；5月22日(ri)(ri)，首(shou)(shou)航(hang)節(jie)(jie)能(neng)(neng)公告(gao)(gao)稱(cheng)擬(ni)以1億(yi)元(yuan)設立氫(qing)能(neng)(neng)公司。

未(wei)來如(ru)熱化學制氫技術(shu)(shu)獲得突(tu)破(po)，首航節能在光(guang)(guang)熱發電領(ling)域的(de)(de)(de)(de)領(ling)先(xian)技術(shu)(shu)和氫能產業(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)先(xian)發優勢(shi)將可能實現(xian)有效整(zheng)合(he)。而快速(su)發展的(de)(de)(de)(de)氫能產業(ye)(ye)或可為目前處于商業(ye)(ye)化示范階段、相(xiang)對發展速(su)度較慢的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)熱發電產業(ye)(ye)提(ti)提(ti)速(su)，有望側(ce)面(mian)助攻(gong)光(guang)(guang)熱技術(shu)(shu)進步和成本下(xia)降。