寻找青年的声音

@青年先锋丨复旦大学龚鸣:氢能爆发式增长,“最易于可再生能源结合的低碳制氢技术”是什么?

来源:Original    作者:admin    发布时间:2023-02-07    访问量:83

2022浦江创新论坛-《寻找青年的声音》征集活动历时半年多,最终优选出一批青年先锋。近期,论坛联合上海科技、文汇报共同推出系列专访报道。请跟随我们一起聆听创新的雏凤清音
第十二期:复旦大学青年研究员—龚鸣


氢,由于具备零碳高效、能源互联、储备丰富等优势,已快速崛起成为可持续发展的重要能源形式之一。


“例如电解水制氢市场在2018年还不到1亿元,到现在已经达到十几亿元甚至几十亿元的规模了。”复旦大学青年研究员、2022浦江创新论坛“寻找青年的声音”青年先锋龚鸣向上海科技表示,“在未来,氢能技术的研发会加速,整体氢能的效率会有大幅提升。”


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“与此同时,

我们必须寻找

有利于氢能闭环循环、

高效转化的

‘制、储、运、用’全链条,

才能真正服务于碳中和目标,

而不是创造出新的能源问题

或下一轮不可逆的能源危机。”


龚鸣强调,氢能产业全链条的可持续性和高效性,是氢能经济乃至碳中和社会发展的关键基石。


寻找最优氢能存在形式,

不造成额外的能源或环境危机


不同于传统化石能源,分子氢不存在于天然界中,因而氢能是一种二次能源。龚鸣表示,在氢能社会中,氢在各个形式中相互转化,而在各个转化过程中转化效率低或者产生不可逆转化都会在氢能的可持续性产生巨大影响,并有可能造成额外的能源或环境危机。


“这不是给氢能‘泼冷水’。氢能是为了能源可持续而生的,不应该在推广氢能的同时,造成更多的关于可持续的困扰。”龚鸣说,在氢能发展的同时,必须考虑氢能转化过程中的可持续性与高效性,寻找最优氢能存在形式,加速氢在各最优形式之间的转化,确保氢转化过程中的可逆性,才能真正地推动以氢能为基础的能源社会的发展。


“一方面,氢能产业是为了服务于碳中和,解决碳不平衡的现状,因而其产业链条的可持续性和闭环性是其发展的前提,急需氢能产业的关注。另一方面,氢能全产业链条各个环节效率的叠加直接关系到整个能源结构使用效率,是不可忽视的参数。”龚鸣介绍说,“围绕这两个核心指标去寻找氢能产业链发展方向、研发相关产业技术是氢能发展的必然趋势。


“ 最易于可再生能源

的低碳制氢技术  ”


在制氢、储氢、运氢、用氢的四个环节中,都存在利用效率的问题,各个环节的利用效率决定了可再生能源的最终利用率。其中,制氢是氢能循环的第一步,也是制约整个氢能循环效率的关键环节。而龚鸣的科研团队所研究的电解水制氢技术,是最易于可再生能源结合的低碳制氢技术。

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主流的电解水制氢技术包括碱性电解水技术(ALK)、质子交换膜电解水技术(PEM)、阳离子交换膜电解水技术以及固体氧化物电解水技术。龚鸣目前关注的碱性电解水(ALK)技术,主要目标就是通过高丰度、低成本的催化剂,降低整个电解水制氢的电耗。


“ALK的主要劣势之一就是其相对低的电流密度和较大的能耗,因而通过技术攻关来提高电解效率已然成了学术界和工业界争先抢占的高地。”龚鸣介绍说,“现在电解水的主要成本来自于电耗。通过精准的材料设计,可以比现在工业上用的催化剂降低大概 20% 的能耗,而这就意味着可以大大降低制氢的成本,并提高可持续性。”


“突破现有电解水技术需要在考虑氢能效率的基础上关注伴生的氧循环,才能更为充分地发挥其效率和可持续性。”龚鸣介绍,其中一条潜在路径就是寻找一些大自然界中比较丰富的物质,将水分子中的氧转移到这些分子上,不产生氧气,不仅仅可以提高总体的电解效率,而且可以获取一些化工原料、医药前驱体等重要的高附加值中间体,增加制氢的价值。这条路径通常称为耦合产氢路径,在阴极制取纯氢的同时阳极氧化形成高附加值产物,极具探索的潜质。


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面向未来,龚鸣对自身的研究主要有两个期待:

一方面,是以应用为目标希望将研发出的新技术真正地应用到行业中,帮助实现整体设备性能的提升,同时解决生产工艺放大过程中出现的工程及科学问题;

另一方面,是从基础科学角度出发,寻找氢能应用更多的可能性,挖掘未来具有潜力的技术路径并进行集中攻关。


“我们更多地希望

能有一些前瞻性的视角,

能够激发出更多的科研人员的灵感,

拓展大家的思维。”

龚鸣说。


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