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作者｜郑松毅
如果被问到“你认为21世纪的终极能源会是什么”，你会如何回答？搜狐科技曾在这样一条话题贴下方看到网友们热议，大多数网友给出的答案都指向了一种清洁能源——“氢能”。
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、且应用广泛的能源，绿色氢能在冶金、供热、燃料电池等方面都具备重要应用价值。
根据中国氢能联盟预测，在碳中和目标下，到2030年我国氢气的年需求量将达到3715万吨，在终端能源消费中的占比约为5%。到2060年，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中的占比约为20%。
近日，在《太阳能杂志》（《SOLAR ENERGY》）上发表的一项研究中，麻省理工学院的工程师们提出了一种可以有效生产“太阳能热化学氢”的概念，目标是利用太阳能生产完全绿色且无碳的氢燃料。
据悉，如今氢能源主要是通过涉及天然气和其他化石燃料的工艺生产，煤制氢和天然气制氢占比约八成，使原本主打绿色概念的氢燃料更像是一种“灰色”能源。相比之下，“太阳能热化学氢”（STCH）提供了一种完全零排放的替代方案，它完全依靠可再生太阳能的热量来驱动氢气生产。
“太阳能热化学氢”系统的核心是两步热化学反应。首先将水蒸气暴露于金属，金属会从蒸汽中夺取氧气，留下氢气。这种金属“氧化”反应犹如铁在水中生锈，但反应发生的更快。
等氢气被分离出来后，氧化的金属会被放置在真空环境中重新加热，从而逆转氧化过程，使金属再生。氧气被除去后，金属可以冷却并再次放置于水蒸气中，重复之前的步骤，从而产生更多的氢气，这个过程可以重复数百次。
说到这，你可能会疑惑太阳能和制氢具体有啥关系呢？
麻省理工研究团队在研究过程中使用了聚光太阳能发电厂（CSP）概念，用数百个镜子摆在一起组成的圆形矩阵收集阳光，并将阳光反射到中央接收塔，随后用阳光照射产生的热量进行上述实验步骤制造氢气。研究团队强调，“这个过程与电解制氢有很大不同，电解是用电而不是用热量来分解水。”
要知道，利用太阳能制氢可是比电解水制氢实惠多了。
“从成本来看，电解水制氢的高成本原因主要取决于电费。以目前主流的碱性电解水为例，制氢效率约5度/立方米，电费成本约占85.3%，因此其经济性受电价的影响大。”
根据巴塞罗那OBS商学院的一项研究，到2024年，绿氢的生产价格大约为每公斤3.16至5.79美元，但这与化石燃料相比仍不太具有成本竞争力。因此，绿氢还需要继续寻找更高效且低成本的制造路径。
该研究文献的主要作者、麻省理工学院机械工程教授艾哈迈德·戈尼姆 （Ahmed F. Ghoniem）表示，“我们认为氢是未来的燃料，并且需要低成本且大规模地生产氢。我们正在努力实现能源部的目标，即到 2030 年以每公斤 1 美元的价格生产绿色氢。为了提高经济效益，我们必须提高效率并确保我们收集的大部分太阳能得到利用在氢气生产中。”
他介绍，现有的“太阳能热化学氢”（STCH）系统还处于制氢效率提升阶段。实验初期该系统只有7%的入射阳光能被用于制造氢气，产氢效率低，而且用机械泵营造真空实验环境的方法对于大规模氢气生产来说成本过高。而现在通过实验优化，可回收到大部分还原反应进行时释放的热量并加以循环利用，已能将太阳能热量制氢的效率从之前的7%提高到40%。
“我们必须考虑系统中的每一点能量，以及如何使用它，以最大限度地降低成本。”
至于麻省理工学院研究团队提出的“太阳能热化学氢”的方法能否成为可再生能源制氢的新机遇点，值得业界共同关注。