一块金属切屑产生0.5升氢气！新研究将金属废料转为制氢催化剂来制取氢气

瞻观前沿

英国诺丁汉大学化学学院和工程学院的一组研究人员发现，金属加工的副产品——金属屑的表面具有纳米级的微小台阶和凹槽纹理。这些结构可锚定铂或钴的原子，从而形成一种新型水电解制氢催化剂。该研究发表在英国皇家化学学会《材料化学杂志A》上。

水电解是最有前途的绿色制氢途径之一，但其制备过程中需要铂等稀有且昂贵的元素来做催化剂。随着全球贵金属供应紧张和价格不断上涨，人们迫切需要找到替代传统电催化剂的新方法。此次，研究人员利用磁控溅射在金属切屑表面产生铂原子雨。然后，这些铂原子聚集成纳米颗粒，紧密贴合在切屑纳米级凹槽上，与最先进的商业催化剂相比，新方法的铂负载量较低。通过将28微克的贵金属撒在1平方厘米的切屑上，研究人员创建了一个实验室规模的电解槽。其运行效率为100%，每分钟仅用一块切屑即可产生0.5升氢气。

研究人员表示，由切屑制成的电催化剂有可能对经济产生巨大影响。新技术解决了两大问题。首先，它能使用尽可能少的贵金属来生产绿氢;其次，它可在一个过程中对航空航天工业中的金属废料进行升级改造。

图片来源：摄图网

技术价值观察

从氢能源行业产业链上下游来看，氢能源产业链上游为制氢，包含氢气制取(主要技术方式包括煤制氢、工业副产氢、天然气制氢、电解水制氢以及其他工艺制氢)、氢气纯化、氢气液化等环节。氢能源产业链的中游就是储存环节，主要储运技术包括气态储运、液态储运、固态储运以及有机液态储运等，涵盖储氢装置、氢气运输等。氢能源产业链下游为加氢及氢的综合应用，涉及到加氢站建设及设备，以及交通、工业、建筑等领域的应用。

研究员利用废金属屑转化为高效水电解制氢催化剂来制取氢气。因此，从氢能源产业链上看，该制氢技术处于产业链的上游制氢环节。

宏观市场观察

——氢气制取情况

根据制取方式和碳排放量的不同，氢气主要分为灰氢、蓝氢和绿氢。

灰氢指的是通过化石燃料(石油、天然气和煤)燃烧产生的氢气，在制取过程中碳排放强度相对较大。目前，市面上绝大多数的氢气是灰氢。截至2023年6月，我国氢气产能约4952万吨，其中化石能源制氢(包含煤制氢、天然气制氢和甲醇制氢)仍是我国主流的制氢方式，占我国氢能总产能的78%。

——全球能源转型推动氢气产量增长

近年来，全球各国家地区纷纷将氢能源视为未来新能源的战略发展方向，氢能产业得到了前所未有的增长。根据IEA披露的数据，2021年全球氢气总产量(含合成气)约9400万吨，同比增长5.5%，占全球终端能源比重约2.5%，其中每年纯氢制备产量约为7000万吨。2022年全球氢气总产量约为9813万吨。伴随世界各国减排承诺方案的推进，预计2030年前全球氢气产量将会快速增长，到2030年有望突破15000万吨。

全球能源格局正在发生显著变化，全世界都在努力应对气候变化，并通过向更清洁、更可持续的能源过渡来加强能源安全。在这样的背景下，近年来，全球各国家地区纷纷将氢能源视为未来新能源的战略发展方向，氢能产业得到了前所未有的增长。

根据IEA披露的数据，全球氢气总产量除2020年因疫情爆发和经济放缓而小幅下降外，始终保持增长。2022年，全球氢气总产量达到约9500万吨，同比上涨约3%。

——政策推动可再生能源制氢装机容量快速上涨

截至2022年底，全球共有32个政府制定了氢战略，制氢技术的部署目标正在不断增长，特别是电解产能，国家目标总计达到160-210GW，到2030年，占NZE情景中已安装电解产能的30-40%。

在这样的政策大背景下，近年来全球电解水制氢装机容量快速上涨，2022年，全球电解水制氢装机容量达到近700MW，同比上涨22.9%。

从不同电解水制氢技术装机容量占比情况来看，ALK电解制氢领先，占比近60%，其次是PEM电解制氢，占比超30%，SOEC电解制氢和AEM电解制氢占比仍很低。

——中国氢气产能、产量情况

中国氢能联盟数据显示，2021年我国氢气产能已超过4000万吨。根据氢能产业大数据平台不完全统计，截至2022年6月，中国氢气产能超过4300万吨。

中国是产氢大国，根据中国氢能联盟数据显示，2019年，中国氢气产量超过3300万吨，同比2018年增长60%。2021年，我国氢气产量超过3400万吨，位居全球第一。

——中国氢气消费情况

根据中国氢能联盟披露的数据，2022年，我国氢气产量为3533万吨。根据对氢能进出口的分析可知，当前由于氢气储运技术限制，我国氢气进出口规模很小，2022年，我国氢气进口量为6千克，出口量为6135千克。由此可得，我国氢气表观消费量和氢气产量基本保持一致，2018-2022年，我国氢气表观消费量整体呈增长态势，2022年，我国氢气表观消费量约为3527万吨。

注：中国氢气表观消费量由氢气进出口数据及产量数据测算得出。

从我国可再生能源制氢行业需求特征来看，2022年，合成氨和合成甲醇是我国氢气的主要消费领域，占比分别约为31%和26%。

——预计2050年氢能产值达12万亿元

根据中国氢能联盟资料，预计到2050年，中国氢能产业产值规模有望达到12万亿元，将成为引领经济发展的新增长极。

中国氢能源技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与氢能源关键技术强关联的城市集群主要集中在华中和华北地区，并且以河南、北京为重点发展区域，未来布局氢能源技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华中和华北优先导入，其中可重点关注河南省郑州市金水区、北京市海淀区、朝阳区、大兴区所处氢能源的相关企业，以及该地方对于氢能源的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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标签： 氢气 制氢 万吨 随笔