氫能作為一種清潔低碳、熱值高、來(lái)源多樣、儲運靈活的綠色能源，被譽(yù)為21世紀的“終極能源”。

近年來(lái)，布局氫能逐漸成為不少?lài)覍?shí)現碳中和目標，保證國家能源安全的一個(gè)重要戰略選擇。荷蘭的TopDutch地區憑借其本身的清潔能源優(yōu)勢，成為歐洲“氫能中心”的創(chuàng )新高地；美國開(kāi)發(fā)了新型太陽(yáng)能電池板制氫；法國抓緊布局投資，收獲重大進(jìn)展。

荷蘭打造歐洲“氫能中心”

北部地區站在前沿

作為全球創(chuàng )新之地，荷蘭的北部——TopDutch地區正憑借自身的清潔能源優(yōu)勢，成為歐洲“氫能中心”的創(chuàng )新高地。

一直以來(lái)，氫能都是歐洲降低碳排放的重點(diǎn)發(fā)力領(lǐng)域。作為“風(fēng)車(chē)王國”，荷蘭不僅早早提出了打造歐洲“氫能中心”的勃勃雄心，也在創(chuàng )新的思維中“跑”出了“加速度”。而在荷蘭的雄心中，位于北部的TopDutch地區則被稱(chēng)為歐洲“氫能之都”，也是歐洲“氫能中心”的創(chuàng )新高地。

TopDutch地區由位于荷蘭最北部的格羅寧根、弗里斯蘭和德倫特三個(gè)省組成。作為歐洲“氫能中心”的前沿，TopDutch地區早在2017年就制定并提出了第一個(gè)相當廣泛的綠色氫經(jīng)濟區域路線(xiàn)圖。

根據這一路線(xiàn)圖，TopDutch地區成立了綠色氫能聯(lián)盟，致力于打造歐洲首個(gè)綠色氫氣生態(tài)系統。這一由能源行業(yè)和政府緊密合作的聯(lián)盟制定了投資議程，為33個(gè)氫能項目提供了總計28億歐元的共同投資。

2020年，世界第二大石油公司殼牌、荷蘭天然氣網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商Gasunie和格羅寧根海港共同宣布，2030年前，將在荷蘭北部海岸建設一個(gè)發(fā)電量達3千兆瓦至4千兆瓦的風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)，并計劃于2040年將發(fā)電量增加到10千兆瓦。這一發(fā)電量足夠供應1250萬(wàn)戶(hù)家庭用電。但根據殼牌集團公布，該項目的電力并不供應普通電網(wǎng)，而是全部用于生產(chǎn)綠色氫能源，預計年產(chǎn)量可達100萬(wàn)噸。

頂層設計和投資議程的落地之外，TopDutch地區本身也是氫谷的所在地，具有極強的產(chǎn)業(yè)集聚優(yōu)勢。在燃料電池和氫氣聯(lián)合企業(yè)FCHJU的創(chuàng )新支持下，TopDutch地區開(kāi)發(fā)了歐洲第一個(gè)全面運作的綠色氫氣價(jià)值鏈。與此同時(shí)，這里擁有全世界最可靠的能源電網(wǎng)之一，也是大規模海上風(fēng)電建立的絕佳選址——TopDutch地區被視為荷蘭的“墻壁插座”，不僅是荷蘭綠色能源的主要來(lái)源和起點(diǎn)，而且其電網(wǎng)的正常運行率高達99.999%，因為理想的玻璃纖維連接而在歐盟創(chuàng )下了最低的平均延遲時(shí)間。

目前，氫燃料電池汽車(chē)公司Hyzon Motors已經(jīng)在TopDutch地區建立了歐洲第一家氫能卡車(chē)工廠(chǎng)。除了加速能源的低碳化，綠色化學(xué)則是TopDutch地區的另一大轉型方向。荷蘭北部具有最完整也同樣雄心勃勃的綠色化學(xué)生態(tài)系統——歐洲化工城，這將成為世界上第一個(gè)通過(guò)共享原材料、共享技術(shù)和共享投資實(shí)現無(wú)化石、負二氧化碳和循環(huán)的化工集群。

荷蘭北部在氫能等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)、落地經(jīng)驗和已成型的生態(tài)系統，將成為更多企業(yè)入駐其中并汲取創(chuàng )新力量的動(dòng)力所在。

美科學(xué)家取得可持續制氫突破

效率是同類(lèi)裝置近10倍

通過(guò)模仿自然光合作用的關(guān)鍵步驟，美國密歇根大學(xué)最近開(kāi)發(fā)了一種新型太陽(yáng)能電池板，在將水轉化為氫和氧方面達到了9%的效率。這代表了技術(shù)上的飛躍，比同類(lèi)太陽(yáng)能分解水制氫設備效率高出近10倍。

研究人員稱(chēng)，這款全新裝置最大的好處是降低了可持續制氫的成本。這是通過(guò)縮小半導體來(lái)實(shí)現的，半導體通常是設備中最昂貴的部分。密歇根大學(xué)科學(xué)家團隊的自修復半導體可以承受相當于160個(gè)太陽(yáng)的強光。研究成果已于近期發(fā)表在《自然》雜志上。

密歇根大學(xué)電氣和計算機工程教授Zetian Mi領(lǐng)導了這項研究。Zetian Mi說(shuō)：“最終，我們相信人工光合作用設備將比自然光合作用更有效，這將為實(shí)現碳中和提供一條途徑?！?/p>

研究人員介紹，這一突出成果來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面的進(jìn)展。

第一個(gè)是在不破壞半導體的情況下，承受高強光的照射。

“與一些只在低光強度下工作的半導體相比，我們將半導體的尺寸減小為不到原來(lái)的1%?！泵苄髮W(xué)電氣和計算機工程研究員、該研究的第一作者Peng Zhou說(shuō)：“用我們的技術(shù)生產(chǎn)氫氣可能會(huì )非常便宜?！?/p>

第二個(gè)是新裝置能利用太陽(yáng)光譜中能量較高的部分來(lái)分解水，同時(shí)利用光譜中能量較低的部分來(lái)提供熱量以促進(jìn)反應。這種“魔力”是由一種半導體催化劑實(shí)現的，這種催化劑在利用陽(yáng)光驅動(dòng)化學(xué)反應時(shí)，會(huì )隨著(zhù)使用而自我修復，減輕一般催化劑通常會(huì )經(jīng)歷的退化反應。

具體而言，這種催化劑由氮化銦鎵納米結構制成，生長(cháng)在硅表面。半導體晶片捕獲光線(xiàn)，將其轉化為自由電子和空穴。納米結構中布滿(mǎn)了直徑為1/2000毫米的納米級金屬球，利用這些電子和空穴來(lái)幫助引導反應。

面板上有一層簡(jiǎn)單的絕緣層，將溫度保持在75攝氏度的舒適溫度，這一溫度足以促進(jìn)分解反應，同時(shí)也能使半導體催化劑發(fā)揮良好作用。室外版本的實(shí)驗，在陽(yáng)光和溫度難以把控的情況下，將太陽(yáng)能轉化為氫燃料的效率達到6.1%。而在室內，該系統達到了9%的效率。

值得一提的是，研究人員指出，除了處理高光強度外，它還可以在通常對半導體不利的高溫下工作。高溫加速了水的分解過(guò)程，額外的熱量也促使氫和氧保持分離，而不是重新結合并再次形成水。這兩種方法都幫助研究小組收獲了更多的氫氣。

未來(lái)，密歇根大學(xué)科學(xué)家團隊打算解決的下一個(gè)挑戰是進(jìn)一步提高效率，并實(shí)現產(chǎn)出直接輸入燃料電池的超高純度氫氣。

法國抓緊布局投資

氫能發(fā)展“邁出一大步”

隨著(zhù)全球“雙碳”目標的推進(jìn)，法國近年來(lái)抓緊布局投資，收獲重大進(jìn)展。

2022年11月，法國政府宣布“已保證2吉瓦電解水制氫設備”，并重申發(fā)展綠氫是工業(yè)脫碳的支點(diǎn)之一。比照2020年9月發(fā)布的法國氫能戰略路線(xiàn)圖，這一數字確實(shí)是個(gè)不小的成績(jì)。路線(xiàn)圖設定的目標是到2030年，建成6.5吉瓦電解水制氫設備，年產(chǎn)綠氫70萬(wàn)噸。

據法國氫能協(xié)會(huì )統計，法國已部署的純電解水制氫設備只有5兆瓦，其綠氫最大產(chǎn)能只有725噸/年。加上其他電解設備附帶產(chǎn)生的氫氣，法國目前年產(chǎn)綠氫4.5萬(wàn)噸，約占氫氣年產(chǎn)量的5%，其余產(chǎn)量均為基于化石燃料的灰氫。

法國氫能戰略設定的目標還有使用無(wú)碳氫能逐步實(shí)現工業(yè)脫碳；發(fā)展氫能交通，每年減少600萬(wàn)噸碳排放；構建以法國技術(shù)為核心、覆蓋全球的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

為了實(shí)現這三大目標，法國政府計劃到2030年投資70億歐元。2021年10月，法國總統馬克龍宣布“法國2030”投資計劃，其中一大目標是到2030年使法國成為綠氫領(lǐng)導者，為此承諾氫能投資再加19億歐元。

2022年7月和9月，歐盟公布兩批氫價(jià)值鏈“歐洲共同利益重大項目（IPCEI）”，總計76個(gè)項目，其中有法國提交的17個(gè)。法國政府宣布為這批項目投資21億歐元，預期可撬動(dòng)30多億歐元私營(yíng)投資。法國總理博爾內說(shuō)，這意味著(zhù)法國氫能發(fā)展“邁出一大步”。

在氫能應用方面，2022年10月巴黎車(chē)展亮相多款法國創(chuàng )新技術(shù)氫動(dòng)力汽車(chē)，引起關(guān)注，顯示法國發(fā)展氫能交通的長(cháng)期投入和遠期前景。汽車(chē)制造商與燃料電池及相關(guān)材料設備制造商的投資和伙伴關(guān)系正在拓展。得益于政策引導和財政支持，地方政府、交通運輸公司、物流企業(yè)等用戶(hù)對基于氫動(dòng)力的輕型商用車(chē)輛、重型貨車(chē)、公交車(chē)、垃圾車(chē)之類(lèi)運載工具的訂單也在逐漸增加。

在鐵路交通領(lǐng)域，在電氣化需要大量投資的低流量線(xiàn)路上，法國多個(gè)地區用氫動(dòng)力替代柴油機車(chē)的測試正在推進(jìn)。法國國家鐵路公司計劃2025年至2035年間，在34條線(xiàn)路上投入250列氫能機車(chē)。