氢能,作为一种承载着未来能源希望的清洁载体,正迎来前所未有的发展机遇。在全球气候变化日益严峻,碳中和目标成为共识的大背景下,氢能凭借其高效、清洁的特性,在工业、交通、电力等诸多领域展现出巨大的潜力。尤其是在水电解制氢这一关键技术领域,科研人员和企业正在不懈努力,力求突破瓶颈,降低成本,提高效率,为氢能的广泛应用铺平道路。

电解制氢技术是氢能产业链中至关重要的一环。下一代质子传导固体氧化物电解槽(P-SOEL)由于其理论上的高效率和成本降低潜力,无疑是当前的研究热点。但是,这并不是唯一的方向。全球范围内,对氢能和燃料电池技术的研发投入都在持续增长。美国能源部(DOE)通过资金支持,推动氢气电解、制造和相关技术的创新。橡树岭国家实验室(ORNL)通过与工业界、学术界及其他国家实验室的广泛合作,共同推进燃料电池技术的进步。太平洋西北国家实验室(PNNL)则强调了氢能驱动的燃料电池相比传统内燃机更高的效率(高达60%)以及零排放的优势,为实现清洁空气和石油替代提供了可能。这意味着,除了P-SOEL之外,还有诸多技术路线正在被积极探索,以期找到最具经济性和可行性的解决方案。

亚洲各国也在氢能领域积极布局,力图抢占未来能源技术的制高点。新加坡贸易部通过其氢创新中心(CHI)在国立大学(NUS)积极探索氢能的实际应用。中国的国鸿氢能自2015年成立以来,一直致力于提供先进的氢燃料电池产品和系统,并积极降低燃料电池的成本,以促进氢能技术的广泛应用。这些举措表明,氢能已经不再仅仅是实验室里的概念,而是逐渐走向市场,开始展现其商业价值。

台湾的中央大学在氢能领域也扮演着重要的角色,尤其是在电解制氢技术方面。中央大学机械工程学系的氢能与燃料电池实验室(H2FC Lab)专注于燃料电池和电解技术的整合,并积极开展低碳氢能生产技术的研究,包括高效水电解等。陈振宇教授及其团队在燃料电池性能测试与诊断、高温PEM燃料电池、大规模PEM燃料电池堆、热和水管理等方面拥有深厚的研究经验,并致力于海水电解制氢等前沿技术。最近,中央大学更将其电解制氢技术授权给 UHydrogen 公司,以推动净零排放创新,并获得了340万欧元的资助。这项技术授权不仅体现了中央大学在氢能技术领域的实力,也预示着台湾在氢能产业发展上的决心和潜力。值得注意的是,除了传统的纯水电解,研究人员还在积极探索利用廉价原料进行电解,以及开发新型催化剂以提高氢气生产效率。南卡罗来纳大学的氢能与燃料电池中心致力于电解低价值原料制氢、电解过程设计与性能优化以及新型催化剂的研发。此外,高熵氧化物在海水分解方面的应用也引起了研究人员的关注,这为利用海洋资源生产氢气提供了新的途径。这些研究方向的探索,将有望进一步降低氢气生产成本,使其更具竞争力。

燃料电池技术与电解技术的结合,是构建完整氢能生态系统的关键。燃料电池将氢气转化为电能,满足各种用电需求,而电解技术则可以将电能转化为氢气,实现能量的储存和转换,构成一个闭环系统。氢能的应用场景也正在不断拓展。除了交通运输和电力生产,氢能还可以应用于微型燃气轮机发电。中央大学的曾中仁教授的研究团队正在研究甲醇供电的质子陶瓷燃料电池(PCFC)/燃气轮机(GT)混合系统的性能。这意味着,氢能可以与其他技术相结合,形成更加高效和灵活的能源解决方案。

诚然,氢能技术的发展并非一帆风顺,仍然面临着诸多挑战,例如氢气的储存和运输、基础设施建设以及成本问题。氢气分子体积小,易燃易爆,储存和运输难度较大,需要开发更安全、高效的储存和运输方式。氢能基础设施建设也需要大量的资金投入和技术支持。此外,氢气的生产成本仍然较高,需要进一步降低,才能与传统能源竞争。然而,正是这些挑战,也孕育着巨大的机遇。随着技术的不断进步,新材料的不断涌现,以及政策的大力支持,氢能有望克服这些困难,成为未来能源体系的重要组成部分,为实现可持续发展做出贡献。目前,各大学和研究机构都在积极探索氢能技术的各个方面,为氢能的广泛应用奠定基础。而中央大学的技术授权,仅仅是氢能发展浪潮中的一个缩影,预示着一个崭新的能源时代的到来。