太阳能制氢获突破 氢能“上位”见契机

世界各国都为发展氢能做好了规划上的准备。美国已将氢能确定为维系经济繁荣和国家安全的技术之一，各级政府均提供大量资金资助科研机构进行氢能研发;德国国家全资公司NOW公司全权负责该国的氢能燃料电池示范研究;日本则采取了全额投入经费的办法，委托日本经济产业省的全资公司VEDO公司负责管理日本氢能和燃料电池示范项目;欧盟成立了氢燃料和燃料电池技术高级研究小组;我国对于氢能在未来能源体系中将占有重要地位也已形成共识。

然而，只有先在制备技术上取得突破，才能真正让氢能造福社会。在目前已有的多种制氢方法中，通过光催化和光电催化，利用太阳能把水分解为燃料电池所必需的氢和氧再加以利用，这种太阳能制氢技术被称为“人类最为理想的技术”，使氢能开发展现出极其广阔的前景，因而它的关注度最高，研发也最为活跃。今天，大连化物所科研人员在太阳能制氢技术上取得了一系列的进展，站在了该领域的世界研究前沿，他们所取得的每一点进展，都在使我们距离氢能的大规模开发利用更近一步。

太阳能制氢主要途径

氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其他途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如下：

●太阳能电解水制氢电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法，效率较高(75%~85%)，但电耗大。用常规电来制氢，从能量利用看，得不偿失。

●太阳能热分解水制氢将水或水蒸气加热到3000K以上，水中的氢和氧便能分解。这种方法制氢效率高，但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度，一般不采用这种方法制氢。

●太阳能热化学循环制氢在水中加入一种或几种中间物，然后加热到较低温度，经历不同的反应阶段，最终将水分解成氢和氧，而中间物可循环使用。其存在的主要问题是中间物的还原，即使按99.9%~99.99%还原，也还要作0.1%~0.01%的补充，这将影响氢的价格，并造成环境污染。

●太阳能光化学分解水制氢这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处，需在水中添加某种光敏物质作催化剂，增加对阳光中长波光能的吸收，利用光化学反应制氢。日本研究人员曾设计了一套包括光化学、热电反应的综合制氢流程，每小时可产氢97升，效率达10%左右。

●太阳能光电化学电池分解水制氢1972年，日本科研人员制造的太阳能光电化学电池在太阳光照射下，同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一实验结果被认为是太阳能技术上的一次突破，但其制氢效率很仅0.4%，只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光，且电极易受腐蚀，至今尚未达到实用要求。

●太阳光络合催化分解水制氢1972年以来，科学家发现三联吡啶钌络合物的激发态具有电子转移能力，并从络合催化电荷转移反应，提出利用这一过程进行光解水制氢。这种络合物是一种催化剂，它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结，并通过一系列偶联过程，最终使水分解为氢和氧。络合催化分解水制氢尚不成熟，研究工作正在继续进行。

●生物光合作用制氢40多年前科研人员发现，绿藻在无氧条件下经太阳光照射可以放出氢气;后来又发现许多藻类在无氧环境中都有光合放氢作用。由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够，目前藻类放氢的效率很低，要实现工程化产氢还有相当大的距离。