从制氢的角度看氢能的未来挑战，为什么连丰田也放弃了氢能

这几天一直在思考氢能行业的未来潜力问题，也看了一些报告。说氢能没有未来是不现实的，但是要说氢能大规模的运用，似乎又还有很远的路要走。尤其是在新能源汽车这条火热的赛道上，一方面纯电动汽车大放异彩，另一方面之前以丰田为首的一众日本车企放弃氢能汽车的开发，不禁让人思考氢能未来的挑战还有多少？又怎样能真正得到广泛运用。

氢作为宇宙中最广泛的一种元素，寄托了人类对于未来能源的梦想。水通过电解可以产生氢气和氧气，氢气和氧气再通过燃烧或者电化学反应生成水释放热能或者电能。这个过程没有任何多余的温室气体排出，这无疑是氢能最显著的优势。

根据氢气的制取方式以及在制取过程中是否会排出温室气体，可以将氢能划分为灰氢、蓝氢以及绿氢。灰氢就是利用传统的化石燃料制取氢气，由于制取过程中要排出二氧化碳，所以这并不能算作一种清洁的绿色生产方式，不过生产成本低，技术也更加成熟。蓝氢是在灰氢的基础上，利用碳捕捉、碳封存技术将碳保存下来，而非排入大气。蓝氢更像是一种过渡性的技术手段，可以加快氢能的发展利用。绿氢就是通过光电、风电等清洁的能源形式电解水生产氢气。由于整个过程中都不产生任何温室气体，所以是真正的零碳能源。绿氢是氢能利用最理想的形式，也是最有潜力的发展方向。不过受制于成本技术因素，还不能大规模应用。

接下来主要从绿氢的制备上讲下氢能的发展挑战。目前通过电解水制氢主要有三种技术路线：碱性电解、质子交换膜电解以及固体氧化物电解。碱性电解水制氢目前技术相对比较成熟，成本也比较低，不过最大的缺点在于电解的效率较低，并且需要稳定的电源，无法适应风能、光能这些可再生能源的波动性。

质子交换膜电解克服了碱性电解的这些缺点，装备尺寸小，操作灵活，适用于可再生能源的波动性。不过质子交换膜电解装置的双极板需要使用镀金或镀铂的钛材料，电堆核心中也需要使用稀有金属。稀有金属占整个质子交换膜系统的成本近10%。高成本和供应链局限成为了质子交换膜电解技术的主要瓶颈。不过质子交换膜有望随着燃料电池的规模化和产业化运用，逐渐降低成本，解决材料短缺的问题。

电解水制氢的另一种方式是固体氧化物电解水制氢，这种技术工作在高温条件下，可以显著降低制氢过程的电力成本，制氢的效率也较高，不过电堆寿命衰减快，目前还处于实验阶段。

另外还有一种非常“未来”的制氢技术，直接利用光解水制氢，虽然很“未来和科幻”，但实际上早在1972年日本科学家就已经发现利用二氧化钛作为催化剂可以实现光解水的过程。最近刚看了一篇报告，我国云南大学的柳清菊教授带领团队设计的催化剂已经将光解水产氢率提高到二氧化钛的15倍。不过目前这类技术总体上尚处于研究阶段，技术成熟度，制氢的纯度较低，离商业还有一定的距离。

整体上来看，制氢的技术既有传统、成熟的化石燃料制氢法，也有科幻未来的光解水制氢法。在双碳目标的指引下，未来绿氢必然是主流的制氢发展方向。不管是电解水，还是光解水，虽然每种技术都有一定的不足，但是人类的探索和研究没有止步。尤其是通过质子交换膜电解水制氢，在通过规模化克服成本的问题后，相信离大规模商用也并不遥远。虽然在新能源车上车企们放弃了氢能，但只是说明当前的技术条件和市场条件下，氢燃料电池汽车并不适合，并不能说氢能就没有了未来。相信随着技术的进步以及逐步推广运用，氢能也不再遥远。