能源先驱：可再生能源制氢的未来

能源先驱：可再生能源制氢的未来

日本国立材料科学研究所(NIMS)与东京大学和广岛大学合作，对结合了太阳能发电和蓄电池的“氢气生产系统”进行了技术和经济评估，并发表了拥有国际竞争力的“廉价氢能源”标准。

在此标准出台之前，有关氢能源的讨论最终都会指向其成本较高，制造方式较难，储存运输不易等方面。不得不说氢能源的技术和发展受到外界不断的质疑并且相当不透明。

此次评估将成为氢能源主力电源化最最重要的方针之一，这次的成就也意味着向氢能源社会的正式迈进。

P2G(Power to Gas)技术

可再生能源目前存在输出率不稳定，开工率较低等问题。关于上述问题的解决方式，目前能够考虑到的就是投入并使用「P2G(Power to Gas)系统」来解决。

「P2G(Power to Gas)系统」是一个是用可再生能源制造氢气的系统，它同时满足可以制造、储存和使用氢气。

研究团队设计成了一个集成模拟系统，该系统根据光伏发电的发电量，来调节蓄电池的充电、放电量和水电解装置中的氢气产生量，并根据参数计算其经济效率。

通过全面考虑蓄电池和水电解装置的容量，考虑到未来的技术改进，廉价制氢的技术或许已经成熟。

太阳能制氢的技术突破

日本量子科学技术研发机构于2020年4月，与芝浦工业大学、日本原子能机构共同发表了，能有效降低热化学制氢过程中主要反应能耗的制氢方式，并表示使用此方法制氢将比之前的制造节约70%的能量。

“IS”制氢法是有望成为下一代主力能源“氢能源”的制造方式，该方法是能够稳定的氢生产方法之一。此方法是指使用水对“碘”(I)和“硫”(S)的化合物进行热分解的过程。

目前我们可以使用太阳能来提高水温，以便进行热分解制氢。此方式的好处在于可以合理的使用太阳能来降低对环境造成的污染，不过此方式也存在不足之处，那就是用太阳能进行加热的水温最高只能达到650℃。

650℃在“IS制氢法”发中属于较低温度，而倘若进行热分解的“水”一直处于这种较低温度，则会间接的导致“IS制氢法”使用太阳能作为热源的效率相对低下。

在650℃的作业环境下，制氢效率最高的是“电解水制氢法”。此方法的制氢效率能达到40%。倘若追求更高的制氢效率，那我们就需要将反应电压丛0.65V降低至0.2V。

制氢反应中，约有70%的反应电压是由“阳离子交换”时产生的电阻所引起，因此降低膜的电阻是降低电压的关键，降低电压也就间接的实现了节能的目的。

在此基础上，量子科学技术研发机构开发并使用了名为“量子交联”的新技术。该技术使的独特之处在于使用了新型的低电阻“阳离子交换膜”。

与此同时，芝浦工业大学开发了“多孔金阳极”，以用来减少由于阳极反应(硫酸形成反应)时引起的过电压。日本原子能机构通过调查发现，此反应的最佳作业温度仅为50℃。

与常规测试相比，在50摄氏度的作业环境下，将开发的“阳离子交换膜”和“金阳极”安装在“膜本生反应器中”时，膜电阻的过电压降低了约80%，阳极反应的过电压则降低了约40%。

上述条件下，我们成功地将总的反应过电压降低至目标值0.2V。如果是这样，那即使在相对较低的太阳能温度下，氢气生产效率可以达到有史以来第一最高的40%。

将来，研究小组将整合项目中建立的每种基本技术，以便使该技术投入实际使用，并逐渐进行小规模制氢试验。

如果能够通过此研究，成功实现太阳热驱动IS技术，那么将有可能产生大量的氢气并将其提供给燃料电池汽车和家用燃料电池，不得不说此研究为“氢社会”的到来迈出了历史的一步。

日本与氢能源社会

日本政府早在2017年12月26日开展的“第二届可再生能源与氢能源会议”上就讨论，并制定了“氢能源基本战略”与其发展方针。

日本决定以实现“世界领先氢能源社会”为主要目标。分别设定2030年中期具体目标与2050年长期目标。该愿景的终极目的是想要到2050年为止让氢能源的成本降低至与化石能源持平(LNG)。

氢能源基本战略大致可以分为「氢能源的制造・供給成本」，「氢能源的使用・扩大制造」两方面。

目前日本国内氢能源的提供量约为每年0.02万吨，其价格约为100日元/Nm3.政府计划到2030年目标建设氢能源商业供应链，产量扩大至每年30万吨，价格降至30日元/Nm3.到2050年则是把产量增至1000万吨成本降至20日元/Nm3.

丛氢能源行业最近不断的技术突破上我们不难发现，日本氢能源的发展与市场正在逐渐丛第一阶段过渡到第二阶段。其市场也不再是单一的氢能源，而更多的利用可再生能源与其进行结合。