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最近，日本東京大學(xué)的研究小組利用陽光分解氫和氧的光催化技術(shù)，成功地將氫和氧從水中分離出來。在100平方米規(guī)模的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)中，成功分離出了高純度氫氣，預(yù)計(jì)這將有助于提供廉價(jià)的大量氫氣。
日本媒體最近報(bào)道稱，像這樣的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)中，從未出現(xiàn)過能夠以低成本大量生產(chǎn)氫氣的技術(shù)。
使用催化劑可以把氫從水中分離出來
由日本NEDO、東京都大學(xué)、新州大學(xué)等組成的研究小組于8月在國際科學(xué)雜志《自然》上發(fā)表了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
研究組正在開發(fā)利用光催化將水分解為氫和氧的技術(shù)。光催化吸收陽光，引起物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)。
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)與該物質(zhì)相連的面板被放置在戶外，并充滿了水。只有氫從陽光產(chǎn)生的氫和氧的混合物中分離出來。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)從前年開始，已經(jīng)進(jìn)行了大約兩年。
氫是一種很難處理的氣體，因?yàn)樗c氧氣結(jié)合時(shí)會燃燒或爆炸。然而，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬踩貙?4%的高純度氫氣從70%以上的氫氣中分離出來。
該研究小組表示，這是首次在100平方米的面積內(nèi)分離出氫氣，并預(yù)計(jì)技術(shù)將有助于以低成本大量生產(chǎn)氫氣。另一方面，任務(wù)是開發(fā)能更有效地分離氫的新物質(zhì)，并將其投入實(shí)際使用。
研究小組成員、東京大學(xué)(University of Tokyo)特別教授多明一(Ichi Dominichi)說，“由于存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，這樣大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)在世界上還沒有先例?！彼f:“但我們已經(jīng)考慮了如何安全進(jìn)行，并開發(fā)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備?！薄拔覀兿ＭM快將其投入實(shí)際使用，并向世界提供大量廉價(jià)的氫?！?/span>
為什么氫被稱為“完美的能源”?
水是氫直接燃燒或燃料電池產(chǎn)生的電能的產(chǎn)物，可以實(shí)現(xiàn)真正的零碳排放，對環(huán)境不造成任何污染，因此被稱為終極能源或“完美能源”。
廣泛的儲氫在地球,其能量密度非常高,并且可以氣態(tài)、液態(tài)、氫化和堅(jiān)實(shí)的渲染,以適應(yīng)各種各樣的存儲模式和應(yīng)用程序環(huán)境,與化石能源相比,其生產(chǎn)更方便,不受地區(qū)限制因素,也不會因地緣政治風(fēng)險(xiǎn)造成資源分布不均，通過可再生能源、制氫，將促進(jìn)碳中和的實(shí)現(xiàn)。
目前，以化石燃料為主要原料的天然氣轉(zhuǎn)化占全球制氫總量的95%，而電解水制氫所占比例不到5%，太陽能制氫所占比例更小。太陽能制氫已經(jīng)發(fā)展了40年，被認(rèn)為是最有前途的方法之一。
現(xiàn)在，日本終于在太陽能制氫方面取得了重大進(jìn)展。
日本在氫上“豪賭”:這項(xiàng)技術(shù)遙遙領(lǐng)先
放眼世界，日本是近年來最熱衷于開發(fā)氫能的國家之一。日本作為島國，并不缺乏海水，海水蘊(yùn)藏著巨大的氫能資源。
2011年之前，日本將其低碳發(fā)電目標(biāo)鎖定在核電上，但自福島核事故以來，日本已轉(zhuǎn)向可再生能源發(fā)電。
利用碳捕集(CCS)實(shí)現(xiàn)化石燃料脫碳制氫和可再生能源制氫的平價(jià)，日本能源自給率非常低，利用零碳可再生能源使氫的清潔、高效、方便儲存和運(yùn)輸，無疑是“時(shí)間”的選擇，從島國到實(shí)現(xiàn)能源安全和碳中和的目標(biāo)。
擁有百年歷史的日本電子企業(yè)東芝公司為了應(yīng)對碳中和時(shí)代，在世界范圍內(nèi)利用被稱為“未來能源”的氫氣，大規(guī)模利用可再生能源生產(chǎn)綠色氫氣。
早在50年前，東芝就開始做氫能的研究和開發(fā)。當(dāng)時(shí)日本的氫路線是碳?xì)浠衔锘蚓凭卣茪?，但現(xiàn)在在零碳的概念下，在過去的10年里，它全面完善了氫能源體系。例如，東芝的燃料電池系統(tǒng)完全由純氫制成。其H2Rex燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)在日本交付了100多臺。該100KW模塊化機(jī)組可根據(jù)需求靈活組合，在高效管道或儲罐內(nèi)的氫氣可在啟動后不到5分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化為電能和熱能。
除了氫氣，東芝還有其他有競爭力的能源業(yè)務(wù)和碳捕集存儲技術(shù)，這些技術(shù)可以根據(jù)不同地區(qū)的條件和特點(diǎn)靈活組合。它在水電、光伏和地?zé)犷I(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。
日本三菱公司10月18日也表示，到2030年，將在可再生能源和氫氣等替代能源領(lǐng)域投資2萬億日元(合175.4億美元)，以促進(jìn)其脫碳和減排努力。
2017年底，日本政府發(fā)布了“氫能基本戰(zhàn)略”，目標(biāo)是到2030年實(shí)現(xiàn)每立方米30日元的氫能價(jià)格，并將氫電站數(shù)量增加到900個(gè)，氫汽車數(shù)量增加到80萬輛。松下最近在大阪建造了H2草津農(nóng)場。第一家工廠使用太陽能電池板發(fā)電，并通過電解水生產(chǎn)氫氣。另一種是氫氣生產(chǎn)設(shè)備和氣體重整技術(shù)的結(jié)合，這一技術(shù)來源于ENe-Farm家用天然氣燃料電池，該電池已經(jīng)在以穩(wěn)定的速度生產(chǎn)氫氣。
事實(shí)上，這只是日本眾多加氫站中的一個(gè)。在人口密度極高的日本，加氫站運(yùn)行的安全性非常重要。截至2018年底，日本已建成96個(gè)加油站，目前日本加油站數(shù)量已超過100個(gè)，穩(wěn)居世界第一。目前，日本的氫化價(jià)格與汽油價(jià)格相近，300元的氫能行駛650公里。此外，日本政府還提出，到2025年，氫能源汽車的成本應(yīng)與混合動力汽車相當(dāng)。
除了燃料補(bǔ)給站的數(shù)量，日本在氫技術(shù)的專利數(shù)量上也處于領(lǐng)先地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球83%的氫燃料電池技術(shù)專利由日本人持有。
盡管氫氣具有諸多優(yōu)勢，但它在世界范圍內(nèi)一直受到高成本的困擾，甚至在日本也是如此。在日本，氫氣一直依靠政府政策來支持它。日本的選擇是世界上對氫最大的賭注之一。
現(xiàn)在，隨著日本東京大學(xué)的研究小組成功地實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的太陽能制氫，如果它在未來商業(yè)化，毫無疑問，這將大大降低氫的使用成本，促進(jìn)氫能的商業(yè)化和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
據(jù)《華爾街日報(bào)》2021年6月的一篇報(bào)道，氫長期以來被認(rèn)為成本太高、效率太低，不實(shí)用。日本的選擇是世界上對氫最大的賭注之一。
正如日本在20世紀(jì)70年代率先使用液化天然氣一樣，該計(jì)劃如果成功，將為全球氫供應(yīng)鏈奠定基礎(chǔ)，最終使氫成為一種獨(dú)立的能源，進(jìn)一步邊緣化石油和煤炭，并徹底改變世界能源市場。
現(xiàn)在，日本長期以來對氫的押注可能會帶來豐厚的回報(bào)，并為這個(gè)飽受能源危機(jī)和碳中和困擾的國家提供希望的燈塔。
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