近日日本東京大學等組成的研究團隊成功利用陽光照射從水中分解出氫與氧的“光觸媒”作用，在100平方公尺大范圍實驗中，成功安全地分離出高純度氫，盼有助大量提供便宜的氫。

日本媒體（NHK）17日報導，像這次這種大范圍的實驗前所未見，能有助大量且低成本地制造氫的技術(shù)。

用光觸媒從水分解出氫氣

成功完成這項實驗的研究團隊，由日本“新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)”（NEDO）及東京都大學、信州大學等組成，今年8月已將實驗成果發(fā)表在國際科學期刊“自然”（Nature）。

研究團隊致力于活用吸收太陽光造成物質(zhì)出現(xiàn)化學反應(yīng)的“光觸媒”作用、把水分解為氫與氧所使用的物質(zhì)的技術(shù)研發(fā)。

這次所進行的實驗是把附著這項物質(zhì)的面板設(shè)置在戶外并注水，從太陽光照射產(chǎn)生混有氫與氧的氣體中僅分離出氫；這項實驗從前年開始，已進行約兩年。

氫跟氧結(jié)合碰到火就會燃燒或爆炸，是很難處理的氣體，但這次實驗?zāi)軓漠a(chǎn)生的逾7成氫中，安全分離出約94%的高純度氫。

研究團隊表示，在100平方公尺的大范圍成功分離出氫是全球首例，期待有助能大量且低成本制造氫的技術(shù)；另一方面，能更有效率分離氫的新物質(zhì)研發(fā)實用化已成課題。

研究團隊成員、東京大學特別教授堂免一成說，像這么大規(guī)模的實驗因為具爆炸危險性，全球沒有前例，但他們考量了如何安全進行的方式，并研發(fā)出實驗裝置，“希望能早日實用化，向全球大量提供便宜的氫”。

氫為何被稱為"完美能源"?

氫直接燃燒或通過燃料電池發(fā)電的產(chǎn)物為水，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的零碳排放，對環(huán)境不造成任何污染，故而被譽為終極能源或"完美能源"。

氫廣存于地球之中，其能源密度極高，且可以氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)的氫化物呈現(xiàn)，以適應(yīng)各種運儲方式及應(yīng)用環(huán)境的要求，和化石能源相比，其制取更為方便，不受地區(qū)因素的限制，也不會因資源分布不均而引發(fā)地緣政治風險，通過可再生能源制氫，將促成碳中和的實現(xiàn)。

目前以化石燃料做為主原料的煤氣轉(zhuǎn)化法占全球氫制備總量的95%，而以電解水制氫的的比率不足5%，以太陽能制氫的比例更小。其實以太陽能制氫已有40年的的發(fā)展歷史，被認為是最有前景的制氫方法之一。

而如今， 日本終于在太陽能制氫這一領(lǐng)域取得重大進展。

"豪賭"氫能源的日本:技術(shù)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先

放眼全球，日本是近年來最熱衷發(fā)展氫能的國家之一，作為一個島國，日本最不缺的就是海水，而海水中蘊含巨大的氫能資源。

2011年之前，日本將低碳發(fā)電目標寄望于核能，但福島事故后已轉(zhuǎn)變?yōu)榧耐诳稍偕茉吹陌l(fā)展。

利用碳捕獲（CCS）實現(xiàn)平價化石燃料的脫碳制氫，以及可再生能源制氫，對能源自給率甚低的日本而言，用零排碳的可再生能源以制取清潔、高效且較易儲運的氫能，無疑是“后福島時代”得以兼顧能源安全和碳中和目標的理想選擇。

日本百年老店──電氣產(chǎn)品制造商東芝集團（Toshiba）正在全球布置此具“未來能源”之稱的氫能，并以大規(guī)模可再生能源制取綠氫，做為碳中和時代的解決方案。

早在50年前東芝就開始做氫能方面的研發(fā)，當時日本的氫路線是烴類或醇類重整制氫，但現(xiàn)在零碳的理念下，近10年已全面提升氫能體系。例如東芝燃料電池體系全部都是純氫制備，其燃料電池系統(tǒng)H2Rex 在日本國內(nèi)已累計交付了100臺以上，這種100KW的模塊化單元，可根據(jù)需求做靈活組合，啟動后不及5分鐘時間，高效管道或儲槽中的氫氣轉(zhuǎn)化為電能和熱能。

除了氫能之外，東芝還有其他頗具競爭力的的能源業(yè)務(wù)和碳捕獲及儲存技術(shù)，可以根據(jù)不同地區(qū)的條件與與特征，進行靈活的組合，無論在水電領(lǐng)域、光伏領(lǐng)域及地熱領(lǐng)域，均處于世界領(lǐng)先的地位。

日本三菱公司周一(10月18日)也表示，將在2030年前投資2萬億日元(175.4億美元)用于可再生能源和氫氣等替代能源，以推動其脫碳和減排努力。

日本政府在2017年年底時，就發(fā)布了“氫能源基本戰(zhàn)略”，要在2030年實現(xiàn)氫氣價格每立方米30日元，加氫站數(shù)量達到900個，氫能源汽車數(shù)量達到80萬輛。

前不久，松下集團在大阪建造了“H2 Kusatsu Farm”加氫站，第一種是利用太陽能電池板發(fā)電，再通過電解水的方法制氫；另一種是利用制氫設(shè)備與氣體重整工藝相結(jié)合，該技術(shù)來自“Ene-Farm”家用天然氣燃料電池，已經(jīng)可以實現(xiàn)穩(wěn)定制取氫氣。

事實上，這僅僅是日系眾多加氫站的一個。對于人口密度極高的日本來說，加氫站運轉(zhuǎn)的安全性的重要性不言而喻。截至2018年底，日本已經(jīng)建成了96座加氫站，而目前日本加氫站的數(shù)量已經(jīng)突破100座，穩(wěn)居世界第一。目前日本加氫的價格和汽油相當，300元的氫氣可以行駛650km，并且日本政府提出，2025年氫能源汽車的用車成本要和混動汽車相當。

不僅是加氫站的數(shù)量，日本在氫能源技術(shù)的專利數(shù)量上也是遙遙領(lǐng)先。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球氫燃料電池技術(shù)專利83%握在日本人的手里。

之前氫雖有諸多優(yōu)點，但在全球范圍內(nèi)仍為制氫成本居高不下所困擾，就算在日本也要靠政府的政策來支持。日本的這一選擇堪稱全球?qū)τ跉淠艿淖畲筚€注之一。

如今隨著日本東京大學研究團隊成功實現(xiàn)太陽能大規(guī)模制氫, 如果接下來實現(xiàn)商業(yè)實用化，無疑將有望大幅降低用氫成本，推動氫能源的商業(yè)化和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

華爾街日報在2021年6月的一份報道提到, 長期以來，氫能一直被認為成本過高，效率過低，因而不切實際。日本的這一選擇堪稱全球?qū)τ跉淠艿淖畲筚€注之一。

正如1970年代日本引領(lǐng)了液化天然氣的使用一樣，該計劃(氫能源)若成功，將為全球氫能供應(yīng)鏈奠定基礎(chǔ)，最終使氫能成為一種獨立的能源來源，進一步推動石油和煤炭的邊緣化, 給世界能源市場帶來巨大變革。

如今, 日本長期以來對氫能源的“豪賭”不但有望為自己帶來豐厚回報，更將為當下飽受能源危機及碳中和困擾的國家點亮一盞希望之燈。