洁净煤技术

作者：赵晨昊, 冉世骏, 剡雪丽, 邢智涵, 刘茂昌

关键词：可再生能源制氢,能质传输与转化,电催化,光催化,光电催化,规模化路径

氢气作为一种能量密度高、燃烧产物零碳排放的清洁能源载体，在未来能源系统中具有不可替代的核心地位。在全球能源结构转型与“双碳”目标的战略背景下，开发可持续的可再生能源制氢技术是应对能源危机与气候变化的关键路径。然而，当前主流制氢工艺（如蒸汽甲烷重整）高度依赖化石燃料，伴随显著的二氧化碳排放，制约了其环境效益。因此，基于可再生能源（如绿电和光能）驱动的“绿氢”制备技术成为研究焦点。从原理、挑战及规模化潜力视角，系统综述了3类可再生能源制氢技术：① 电解水制氢作为目前最成熟的“绿氢”制备技术，兼具快速启停、负载响应灵活的特点，可适配波动性强的风电、光伏等可再生能源制氢，从而有效实现可再生能源的消纳与储存。电解水制氢包括碱性水电解槽、质子交换膜电解槽、阴离子交换膜电解槽和固体氧化物电解槽，各具技术特点。其核心瓶颈为高电耗导致的成本问题，与可再生能源耦合被视为降低电力成本的核心路径，随着可再生能源发电成本及电解槽成本的不断降低，绿氢成本有望实现平价。② 光催化分解水制氢可直接利用太阳能驱动水分解，具有理论优势，但面临太阳能–氢能转换效率低的挑战，开发高效、稳定的光催化剂是突破关键。③ 光电化学分解水制氢结合了光化学与电化学分解的优势，潜力巨大，但转换效率仍需大幅提升，开发大面积、高效、稳定且低成本的光电极材料是当前研究的核心任务。此外，3种制氢技术的规模化应用对能源改革起着重要的作用，详细探讨了3种制氢技术的规模化路径。最后，从原料（水）高效活化与利用、过程能耗优化控制、单位产能提升3个维度探讨了技术创新方向，并展望了未来研究重点。当前水分解制氢技术对原料水纯度要求较高，需先经水质预处理，额外增加成本投入；全球淡水资源短缺、地域分布不均，进一步制约了纯水制氢技术的规模化应用。利用大气集水的分布式制氢技术以及直接海水电解制氢技术可从根本上避免该问题。另一方面，降低制氢成本以及提高制氢系统的能量利用效率也至关重要。这些讨论旨在为推动高效、经济、可持续的“绿氢”技术发展提供参考。

来源：2026年第1期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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