醇類催化重整制氫示意圖。 　　彭 覓供圖

馬丁團隊用於制氫相關研究的固定床催化反應及在線分析裝置。 　　受訪者供圖

儲氫示意圖。 　　資料圖片

鎂基固態儲運氫車在上海交通大學巡展。 　　上海交通大學供圖

海水制氫示意圖。 　　四川大學供圖

謝和平院士團隊聯合東方電氣打造的海上風電海水無淡化原位直接電解制氫海試平台——東福一號。 　　四川大學供圖

　　氫能是“十五五”規劃綱要提出的未來發展重點領域之一。氫既是重要的工業原料，也是具備大規模、長周期、跨季節儲能能力重要介質，還可以在電能、熱能和化學能之間靈活轉換，是連接可再生能源與工業、交通、建筑等終端用能領域的重要載體。本期“院士講科普”，邀請中國科學院院士馬丁、中國工程院院士丁文江、中國工程院院士謝和平，深入解讀氫氣制備、儲運和應用的全過程，解讀氫能在能源綠色低碳轉型和未來產業培育中的重要意義。

　　——編  者  

　　

　　綠色制氫，夯實氫能產業地基

　　馬  丁

　　制氫處於氫能產業鏈源頭。加快綠色制氫科技創新，是培育氫能產業的基礎性工作。發展綠氫，可以為可再生能源跨區域、跨周期利用開辟新的路徑，使氫能在能源體系中發揮“緩沖器”作用，也有助於把國內資源優勢轉化為更加穩定、便於調配的能源和工業原料，增強能源供應體系韌性。

　　要實現這一目標，首先要解決氫氣的綠色來源問題。我國是氫氣生產和消費大國，已經形成較完整的產業基礎。但現有氫源仍以煤炭、天然氣等化石資源制氫為主，碳排放壓力較大。近年來，可再生能源制氫項目加快布局，電解水制氫裝備制造能力不斷提升，但綠氫在整體供給中的比重仍然有限，部分項目還面臨資源地與消費地相距較遠、利用水平不高、下游需求不足等難點。

　　制氫技術路線多元，需要根據資源條件和應用場景科學選擇。煤制氫、天然氣制氫技術成熟，現階段仍承擔主要供給任務，應持續提高能源利用效率、降低過程排放，具備條件的可探索與碳捕集利用和封存技術協同。可再生能源電解水制氫是綠色制氫的重點方向。我國鹼性電解裝備已具備較好的產業基礎，下一步需要提高在風光電力波動工況下的運行效率和穩定性。質子交換膜電解水制氫動態響應較快，在與風光電力耦合方面具有優勢，但對貴金屬和關鍵材料的依賴性較強。太陽能直接制氫、熱化學循環和生物制氫等前沿路線，仍面臨轉化效率、材料穩定性和規模制造等方面的問題，需要保持穩定投入和戰略耐心。沿海地區還可依托海上風電，穩妥探索海上制氫、制氨、制醇等一體化利用。

　　綠色制氫走向規模應用，離不開基礎研究突破。近年來，我們從金屬—載體催化界面調控入手，探索解決制氫催化劑活性與穩定性難以兼顧的問題。在甲醇—水重整制氫中，通過納米覆蓋層保護關鍵界面，實現低貴金屬用量下的長期穩定運行﹔在生物乙醇制氫中，通過調控催化界面改變反應路徑，在制取氫氣的同時聯產乙酸，使原料中的碳更多轉化為有用化學品。這些研究說明，綠色制氫不能隻關注單項性能，還要統籌長期穩定性、資源利用效率和全過程減排，從反應源頭探索更加高效、低碳的技術路徑。

　　未來5至10年，是綠色制氫由示范驗証向規模應用邁進的關鍵時期。首先要提高制氫系統在波動工況下的效率、壽命和安全性，加強基礎研究、中試驗証和工程示范的銜接，使新技術經受真實工況和長期運行檢驗。還應以煉化、合成氨、甲醇等現有需求為牽引，穩步拓展氫冶金等應用，推動綠電、綠氫與下游產業協同布局。

　　綠色制氫是一項需要長期積累的系統工程，隻有堅持科學論証、因地制宜、穩妥推進，才能把科技創新優勢轉化為產業發展優勢。綠色制氫的中國方案，應立足我國資源稟賦和產業基礎，貫通原始創新、裝備制造與應用需求。要發揮可再生能源和制造體系優勢，補齊關鍵材料、核心部件和系統集成短板，推動成熟技術持續降本增效，同時為基礎研究和前沿探索保持穩定投入。

　　（作者為中國科學院院士、北京大學化學與分子工程學院教授，本報記者吳丹整理）

　　

　　固態儲氫，把氫氣“鎖”進鎂合金

　　丁文江

　　氫氣燒完隻“留下”水，從環保角度講是絕佳的清潔能源。但它有致命弱點——氫氣在常溫下密度很低，同等能量體積是汽油的2700多倍﹔遇明火容易發生爆炸，防爆要求格外嚴格。

　　如何儲運氫氣、用好氫氣？目前有兩條主流路徑：用200—300個標准大氣壓把氫氣“壓進”鋼瓶裡，一輛49噸長管拖車滿載才能運輸250—300公斤氫氣，效率低且有泄漏、燃爆風險﹔低溫液態儲氫須降至零下253攝氏度，能耗高、絕熱密封難。儲運環節往往吃掉氫能產業鏈總成本的30%—50%，是氫氣大規模應用的瓶頸。

　　近年來，我們從鎂合金上找到了固態儲氫這條路。鎂基固態儲氫材料儲氫，像海綿吸水。把氫氣“吃”進鎂合金內部的晶格間隙，變成穩定的氫化鎂，把氫氣“鎖”在裡面，常溫常壓就能安安穩穩待著，不用高壓和低溫。需要時稍微加熱，鎂合金再把氫氣慢慢“吐”出來，這個過程可以反復循環。我們研發的鎂基儲氫材料，實測吸氫量超過6.8%，循環壽命突破3000次﹔更重要的是，這種固態儲氫方式安全有保証，罐體即便磕碰破損，氫氣隻會緩慢逸出，不會像高壓氣瓶那樣瞬間噴射爆炸。

　　我國發展鎂基固態儲氫具有得天獨厚的優勢。鎂主要來自鎂礦冶煉，我國鎂礦、鹽湖鎂等綜合儲量佔全球70%以上，原鎂產量佔全球90%左右，在鎂材料的制備上，資源完全自主可控。但是鎂材料是有“性格”的，它活潑易氧化，吸放氫氣時伴隨著體積膨脹，曾被認為無法工程化。我們團隊通過多元合金化降反應溫度、設計多孔塊體緩沖脹縮、建立氫—熱耦合模型優化能源效率等路徑，一步步將鎂基儲氫從實驗室推向工程應用。鎂基固態儲運氫技術，我國已處於國際領先水平。

　　當然，氫氣固態儲運尚未達到隨意鋪開的程度。鎂—氫鍵較強，理想放氫溫區仍在300攝氏度上下，雖然經合金化已大幅降低操作溫區，但隨車快速啟停場景下緊湊高效供熱撤熱、系統輕量化仍有待突破。現階段更適合固定儲能、遠距運氫、加氫站緩存，直接裝車有待進一步減重。此外，產業鏈上游需配套風光電解水制“綠氫”才能實現真正的零碳，加氫站、標准規范、安全認証也要同步跟上。

　　“雙碳”目標下，綠氫制取、固態儲運、多元應用是能源轉型的重要抓手。我國鎂資源稟賦、材料積累和裝備制造三者疊加，有條件把鎂基固態儲氫做成有自主知識產權的優勢產業。鎂基儲氫從想法到樣機花了20多年，從樣機到產業還要再走一程。把最輕的氫氣“鎖進”鎂金屬裡，把清潔能源高效安全送達千家萬戶，是我們的夢想。

　　（作者為中國工程院院士、上海交通大學氫科學中心主任，本報記者黃曉慧採訪整理）

　　

　　海裡“挖”氫，豐富全鏈條應用場景

　　謝和平

　　工業領域是綠氫率先實現規模化應用的主陣地。在鋼鐵工業中，氫可替代焦炭作為還原劑，推動冶煉工藝低碳化。在交通領域，氫燃料電池在長續航、高載重和快速補能場景中具有獨特優勢，可重點用於重型貨車、城市公交、物流配送，並逐步拓展到船舶和航空器。低空經濟也為氫能開辟了新空間，氫動力無人機續航時間長、補能快，可廣泛應用於海洋巡檢、電網巡線、應急救援等任務。在能源系統中，氫能可以與風電、光伏協同運行，實現大規模、長周期乃至跨季節儲能，增強新型電力系統的調節能力。在微電網中，氫燃料電池還可提供熱電聯供，作為數據中心、醫院等重要場所的備用電源。

　　大規模發展綠氫，需要同時解決綠色電力和淡水資源問題。我國部分風能、太陽能資源富集地區淡水資源相對緊張，而海洋擁有地球約97%的水資源，也匯聚了豐富的海上風能、太陽能等可再生能源。可以說，海洋是全球最大的“氫礦”，海水直接制氫有望把取之不盡的海水資源轉化為綠色能源。然而，海水直接制氫並不容易。海水成分非常復雜，直接電解面臨析氯副反應、催化劑失活、電解槽腐蝕等難點。現有的海水制氫方法，很難從根本上“抵抗”海水復雜成分導致的毒性和腐蝕性，更無法支撐真實海洋環境下的長時間穩定運行。

　　我們團隊另辟蹊徑，將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應相結合，創新提出了相變遷移驅動的海水無淡化原位直接電解制氫原理技術——通過選擇性相分離界面，僅允許水分子通過，鹽離子和雜質被徹底阻隔，實現了無須淡化、無須額外能耗地將海水當純淨水一樣直接電解制氫。這一原創技術在真實海水中實現了超過3200小時穩定運行，相關成果發表於《自然》，並在福建興化灣成功實現了全球首個海上風電海水無淡化原位直接電解制氫海試。現在正進一步將真實海洋環境多因素耦合作用納入海水直接電解制氫的工程技術示范體系。

　　隨著海水原位直接電解制氫技術的發展，未來有望實現在大海“就地發電、就地取水、就地制氫”的一體化模式。在深遠海，海上風電、光伏和海水直接制氫可以構成多能互補系統。制取的氫氣既可通過管道或船舶輸送到陸地，也可原位轉化為氨、甲醇等更便於儲運的產品，還可直接為海上平台、遠洋船舶、郵輪與海島供能。由此形成的“海上新能源—海水制氫—氫基燃料”全鏈條體系，不僅能夠減少遠距離輸電壓力，還可能催生從海上新能源開發、海水制氫到氫基燃料生產和運輸的完整產業鏈，拓展海洋能源開發空間。

　　隨著海洋開發不斷向深遠海延伸，海基氫動力無人機還可依托風電平台和海上制氫設施形成網絡化作業節點，開展高頻次、自動化的設備巡檢、海事監管、環境監測和搜救任務。這種能源供給與低空裝備協同發展的模式，有望降低傳統船舶長距離往返的時間和成本，提升深遠海基礎設施運行維護與突發事件響應能力。

　　相信通過基礎研究、裝備制造和應用場景協同創新，我國將不斷完善從海水直接制氫到氫基燃料利用的完整產業鏈，為保障國家能源安全、推動綠色低碳轉型和構建新型能源體系提供有力戰略支撐。

　　（作者為中國工程院院士、四川大學學術委員會主任，本報記者宋豪新採訪整理）

　　《 人民日報 》（ 2026年08月15日 06 版）