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醇类催化重整制氢示意图。

彭 觅供图

马丁团队用于制氢相关研究的固定床催化反应及在线分析装置。

受访者供图

储氢示意图。

资料图片

镁基固态储运氢车在上海交通大学巡展。

上海交通大学供图

海水制氢示意图。

四川大学供图

谢和平院士团队联合东方电气打造的海上风电海水无淡化原位直接电解制氢海试平台——东福一号。

四川大学供图

氢能是“十五五”规划纲要提出的未来发展重点领域之一。氢既是重要的工业原料，也是具备大规模、长周期、跨季节储能能力重要介质，还可以在电能、热能和化学能之间灵活转换，是连接可再生能源与工业、交通、建筑等终端用能领域的重要载体。本期“院士讲科普”，邀请中国科学院院士马丁、中国工程院院士丁文江、中国工程院院士谢和平，深入解读氢气制备、储运和应用的全过程，解读氢能在能源绿色低碳转型和未来产业培育中的重要意义。

——编  者  

绿色制氢，夯实氢能产业地基

马  丁

制氢处于氢能产业链源头。加快绿色制氢科技创新，是培育氢能产业的基础性工作。发展绿氢，可以为可再生能源跨区域、跨周期利用开辟新的路径，使氢能在能源体系中发挥“缓冲器”作用，也有助于把国内资源优势转化为更加稳定、便于调配的能源和工业原料，增强能源供应体系韧性。

要实现这一目标，首先要解决氢气的绿色来源问题。我国是氢气生产和消费大国，已经形成较完整的产业基础。但现有氢源仍以煤炭、天然气等化石资源制氢为主，碳排放压力较大。近年来，可再生能源制氢项目加快布局，电解水制氢装备制造能力不断提升，但绿氢在整体供给中的比重仍然有限，部分项目还面临资源地与消费地相距较远、利用水平不高、下游需求不足等难点。

制氢技术路线多元，需要根据资源条件和应用场景科学选择。煤制氢、天然气制氢技术成熟，现阶段仍承担主要供给任务，应持续提高能源利用效率、降低过程排放，具备条件的可探索与碳捕集利用和封存技术协同。可再生能源电解水制氢是绿色制氢的重点方向。我国碱性电解装备已具备较好的产业基础，下一步需要提高在风光电力波动工况下的运行效率和稳定性。质子交换膜电解水制氢动态响应较快，在与风光电力耦合方面具有优势，但对贵金属和关键材料的依赖性较强。太阳能直接制氢、热化学循环和生物制氢等前沿路线，仍面临转化效率、材料稳定性和规模制造等方面的问题，需要保持稳定投入和战略耐心。沿海地区还可依托海上风电，稳妥探索海上制氢、制氨、制醇等一体化利用。

绿色制氢走向规模应用，离不开基础研究突破。近年来，我们从金属—载体催化界面调控入手，探索解决制氢催化剂活性与稳定性难以兼顾的问题。在甲醇—水重整制氢中，通过纳米覆盖层保护关键界面，实现低贵金属用量下的长期稳定运行；在生物乙醇制氢中，通过调控催化界面改变反应路径，在制取氢气的同时联产乙酸，使原料中的碳更多转化为有用化学品。这些研究说明，绿色制氢不能只关注单项性能，还要统筹长期稳定性、资源利用效率和全过程减排，从反应源头探索更加高效、低碳的技术路径。

未来5至10年，是绿色制氢由示范验证向规模应用迈进的关键时期。首先要提高制氢系统在波动工况下的效率、寿命和安全性，加强基础研究、中试验证和工程示范的衔接，使新技术经受真实工况和长期运行检验。还应以炼化、合成氨、甲醇等现有需求为牵引，稳步拓展氢冶金等应用，推动绿电、绿氢与下游产业协同布局。

绿色制氢是一项需要长期积累的系统工程，只有坚持科学论证、因地制宜、稳妥推进，才能把科技创新优势转化为产业发展优势。绿色制氢的中国方案，应立足我国资源禀赋和产业基础，贯通原始创新、装备制造与应用需求。要发挥可再生能源和制造体系优势，补齐关键材料、核心部件和系统集成短板，推动成熟技术持续降本增效，同时为基础研究和前沿探索保持稳定投入。

（作者为中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授，本报记者吴丹整理）

固态储氢，把氢气“锁”进镁合金

丁文江