能源和資源的可持續發(fā)展是21世紀人類(lèi)面臨的最大挑戰之一。

氫，由于具備零碳高效、能源互聯(lián)、儲備豐富等優(yōu)勢，已快速崛起成為可持續發(fā)展的重要能源形式之一。

“例如電解水制氫市場(chǎng)在2018年還不到1億元，到現在已經(jīng)達到十幾億元甚至幾十億元的規模了?！睆偷┐髮W(xué)青年研究員、2022浦江創(chuàng )新論壇“尋找青年的聲音”青年先鋒龔鳴向上?？萍急硎?，“在未來(lái)，氫能技術(shù)的研發(fā)會(huì )加速，整體氫能的效率會(huì )有大幅提升?！?/p>

“與此同時(shí)我們必須尋找有利于氫能閉環(huán)循環(huán)、高效轉化的‘制、儲、運、用’全鏈條，才能真正服務(wù)于碳中和目標，而不是創(chuàng )造出新的能源問(wèn)題或下一輪不可逆的能源危機?！饼忴Q強調，氫能產(chǎn)業(yè)全鏈條的可持續性和高效性，是氫能經(jīng)濟乃至碳中和社會(huì )發(fā)展的關(guān)鍵基石。

尋找最優(yōu)氫能存在形式，不造成額外的能源或環(huán)境危機

不同于傳統化石能源，分子氫不存在于天然界中，因而氫能是一種二次能源。龔鳴表示，在氫能社會(huì )中，氫在各個(gè)形式中相互轉化，而在各個(gè)轉化過(guò)程中轉化效率低或者產(chǎn)生不可逆轉化都會(huì )在氫能的可持續性產(chǎn)生巨大影響，并有可能造成額外的能源或環(huán)境危機。

“這不是給氫能‘潑冷水’。氫能是為了能源可持續而生的，不應該在推廣氫能的同時(shí)，造成更多的關(guān)于可持續的困擾?！饼忴Q說(shuō)，在氫能發(fā)展的同時(shí)，必須考慮氫能轉化過(guò)程中的可持續性與高效性，尋找最優(yōu)氫能存在形式，加速氫在各最優(yōu)形式之間的轉化，確保氫轉化過(guò)程中的可逆性，才能真正地推動(dòng)以氫能為基礎的能源社會(huì )的發(fā)展。

“一方面，氫能產(chǎn)業(yè)是為了服務(wù)于碳中和，解決碳不平衡的現狀，因而其產(chǎn)業(yè)鏈條的可持續性和閉環(huán)性是其發(fā)展的前提，急需氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。另一方面，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條各個(gè)環(huán)節效率的疊加直接關(guān)系到整個(gè)能源結構使用效率，是不可忽視的參數?！饼忴Q介紹說(shuō)，“圍繞這兩個(gè)核心指標去尋找氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展方向、研發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)是氫能發(fā)展的必然趨勢?！?/p>

“ 最易于可再生能源結合的低碳制氫技術(shù) ”

在制氫、儲氫、運氫、用氫的四個(gè)環(huán)節中，都存在利用效率的問(wèn)題，各個(gè)環(huán)節的利用效率決定了可再生能源的最終利用率。其中，制氫是氫能循環(huán)的第一步，也是制約整個(gè)氫能循環(huán)效率的關(guān)鍵環(huán)節。而龔鳴的科研團隊所研究的電解水制氫技術(shù)，是最易于可再生能源結合的低碳制氫技術(shù)。

主流的電解水制氫技術(shù)包括堿性電解水技術(shù)(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)(PEM)、陽(yáng)離子交換膜電解水技術(shù)以及固體氧化物電解水技術(shù)。龔鳴目前關(guān)注的堿性電解水(ALK)技術(shù)，主要目標就是通過(guò)高豐度、低成本的催化劑，降低整個(gè)電解水制氫的電耗。

“ALK的主要劣勢之一就是其相對低的電流密度和較大的能耗，因而通過(guò)技術(shù)攻關(guān)來(lái)提高電解效率已然成了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界爭先搶占的高地?！饼忴Q介紹說(shuō)，“現在電解水的主要成本來(lái)自于電耗。通過(guò)精準的材料設計，可以比現在工業(yè)上用的催化劑降低大概 20% 的能耗，而這就意味著(zhù)可以大大降低制氫的成本，并提高可持續性?！?/p>

“突破現有電解水技術(shù)需要在考慮氫能效率的基礎上關(guān)注伴生的氧循環(huán)，才能更為充分地發(fā)揮其效率和可持續性?！饼忴Q介紹，其中一條潛在路徑就是尋找一些大自然界中比較豐富的物質(zhì)，將水分子中的氧轉移到這些分子上，不產(chǎn)生氧氣，不僅僅可以提高總體的電解效率，而且可以獲取一些化工原料、醫藥前驅體等重要的高附加值中間體，增加制氫的價(jià)值。這條路徑通常稱(chēng)為耦合產(chǎn)氫路徑，在陰極制取純氫的同時(shí)陽(yáng)極氧化形成高附加值產(chǎn)物，極具探索的潛質(zhì)。

面向未來(lái)，龔鳴對自身的研究主要有兩個(gè)期待：

一方面，是以應用為目標，希望將研發(fā)出的新技術(shù)真正地應用到行業(yè)中，幫助實(shí)現整體設備性能的提升，同時(shí)解決生產(chǎn)工藝放大過(guò)程中出現的工程及科學(xué)問(wèn)題；

另一方面，是從基礎科學(xué)角度出發(fā)，尋找氫能應用更多的可能性，挖掘未來(lái)具有潛力的技術(shù)路徑并進(jìn)行集中攻關(guān)。

“我們更多地希望能有一些前瞻性的視角，能夠激發(fā)出更多的科研人員的靈感，拓展大家的思維?！饼忴Q說(shuō)。