碱性电解质子交换膜（PEM）电解固体氧化物电解池（SOEC）光催化水分解甲烷热解生物刺激氢天然存在的氢氢能产业的转折点？

尽管各国将能源安全置于可持续性之上，导致低碳氢能的发展势头有所减弱，但国际能源署预计，2025 年低碳氢能项目储备金约为 80 亿美元，几乎是 2024 年的两倍。

PV Tech Research 的分析师预测，仅在欧洲，绿色氢能的年增长率就将达到 200%，目前已有超过 60 个项目正在建设中。微软与绿色氢能公司达成一项为期七年的协议，将利用绿色氢能生产钢铁用于数据中心，这表明难以减排的行业对绿色氢能的需求可能会出现增长。与此同时，欧盟等市场正在加大政策力度（链接至 Joao 为 PEI 撰写的文章，待发表），技术也在不断进步。

许多可持续生产方法仍处于试验或示范阶段，哪些方法最有前途值得关注？

碱性电解

蒸汽甲烷重整法（又称灰氢）仍然是最广泛使用的制氢方法，占全球总产量的68%，每生产1公斤氢气会排放高达12公斤的二氧化碳。如果使用可再生能源，则被认为是“绿色”制氢的水电解法仅占5%。

在这些方法中，碱性电解是最成熟、应用最广泛的。它由两个电极——阳极和阴极——组成，中间用多孔隔膜隔开。周围环绕着碱性溶液。通电后，水分子在带负电的阴极处分离，释放出氢气。这是一种低温电解技术，通常在50-80°C下运行。虽然成本低廉，但它对使用可再生能源时常见的电力波动不太敏感。

三菱重工高砂氢能园区正在对碱性电解槽进行验证

质子交换膜（PEM）电解

质子交换膜 (PEM) 电解采用类似的低温技术，但使用聚合物膜代替隔膜。这提高了导电性和气体密封性，使其比碱性电解槽效率更高。PEM 电解槽受功率波动的影响小于碱性电解槽，但目前依赖于铂和铱，这两种元素是世界上最稀有的元素之一。

固体氧化物电解池是高效制取绿色氢气的一种途径。

固体氧化物电解池（SOEC）

近年来，固体氧化物电解池（SOEC）备受关注。它采用相同的电解过程，但需要更高的温度，介于600°C至1000°C之间，并使用陶瓷隔膜。因此，SOEC的效率可高达85%，三菱重工（MHI）的目标是将其SOEC装置的效率提升至90%，远高于碱性电解池和质子交换膜电解池（PEM）的效率。SOEC源于固体氧化物燃料电池，这是一种成熟的技术，仅需少量稀有金属。

光催化水分解

顾名思义，光催化水分解利用光能驱动水的电解，其中一种名为尖晶石型铁氧体的纳米颗粒充当催化剂。由于它们具有磁性，因此易于回收和重复使用。该工艺使用铁等储量丰富的材料，这有望在技术从学术界走向实际应用时大幅降低成本。

甲烷热解

三菱重工（MHI）也在开发甲烷热解技术，通过将天然气分解成固态碳和氢气来生产“蓝绿色氢气”。三菱重工正致力于提高该工艺的氢气生产效率。同时生产的炭黑可用作工业材料。

三菱重工利用加压流化床设备进行了连续甲烷热解试验。

生物刺激氢

除了众多化学方法外，研究人员也在寻求生物学解决方案——利用枯竭油田中的微生物将残余石油转化为氢气。加州最近的一项现场试验成功地利用该方法生产了氢气。

天然存在的氢

迄今为止，合成法一直是制氢的主要方法，但地球地壳中也蕴藏着丰富的天然氢（或称“白氢”）资源。马里的一口油井自2012年以来一直在生产天然氢，此后在世界其他地区也发现了大量的储量。美国地质调查局估计，如果能够以可持续的方式开采全球2%的天然氢资源，就能生产约10万吨氢气——相当于所有天然气储量能量的两倍。

2024年和2025年氢能投资增速加快

氢能产业的转折点？

尽管面临一些挑战，低碳氢能已进入发展的重要阶段，已公布的项目数量和政策支持力度持续增长。氢能能否进一步成为主要的脱碳途径，将取决于能否建立更可预测、更持久的政策框架来促进需求增长和吸引投资者，以及技术供应商能否将各种解决方案实现商业化规模化。