一個巨大的集裝箱內，整齊碼放的金屬罐體與管道相連，罐體周圍分布著電解槽和大型純水儲存罐，宛如一個小型化工廠。這是入選國家能源局能源領域首臺(套)重大技術裝備、嘉庚創(chuàng)新實驗室研制的高性能兆瓦級質子交換膜(PEM)電解水制氫裝備。
PEM電解水制氫，是目前生產氫氣最環(huán)保的技術路線之一，也是唯一能滿足歐盟技術指標的可再生能源電解水制氫方式。但國產PEM電解槽性能普遍較低，成本居高不下，限制了該技術的規(guī)�；瘧�。
不僅是較前沿的PEM制氫技術，當前較為成熟且居于主導地位的堿性電解水制氫技術，同樣存在能耗較高、電解效率偏低等問題。
難題，在嘉庚創(chuàng)新實驗室被攻克。
想方設法把綠氫成本降下來
氫能，被譽為“21世紀終極能源”，是純正的綠色新能源，也是未來國家能源體系的重要組成部分。
今年政府工作報告提出，加快前沿新興氫能、新材料、創(chuàng)新藥等產業(yè)發(fā)展。這是氫能產業(yè)首次被寫進政府工作報告。
然而，目前我國氫氣生產主要依賴煤、天然氣、石油等化石燃料，占比將近70%，工業(yè)副產氫約占30%，電解水制氫占不到1%。后者，才是真正在制備環(huán)節(jié)就能實現零碳排放的綠氫。
業(yè)內人士認為，中國現在不是氫夠不夠用的問題，而是我們能不能低成本制綠氫，從而為氫能的發(fā)展提供一個具備比較優(yōu)勢的產業(yè)基礎。
低成本制綠氫，不僅需要使用低成本的光伏和風電等可再生能源，而且依賴電解水制氫裝備對成本進行控制。
“制氫成本降不下來，氫能很難實現大規(guī)模產業(yè)化�！奔胃齽�(chuàng)新實驗室郭奇勛介紹，“電解水制氫有多條技術路線，我們都在關鍵技術上實現了突破。堿性電解水制氫項目電堆數據提前達到歐美發(fā)達國家公布的2026年行業(yè)技術目標；質子交換膜(PEM)電解水制氫項目實現關鍵材料自給自足，性能指標具備國際競爭力；陰離子交換膜(AEM)電解水制氫項目掌握了材料到系統(tǒng)的全產業(yè)鏈技術。在前兩個領域，我們都研制出兆瓦級高性能工業(yè)制氫裝備，達到國際先進水平�！�
以高效堿性電解水制氫裝備為例，嘉庚創(chuàng)新實驗室通過對裝備關鍵材料、核心結構進行開發(fā)和工藝改進，開發(fā)出低能耗、低成本、可適應光伏/風電等不穩(wěn)定電源的1000標方堿性電解水制氫裝備。
郭奇勛介紹，經檢測認證，嘉庚創(chuàng)新實驗室堿性電解水制氫項目產出1標方的氫氣只需3.7千瓦時電，較業(yè)內平均能耗降低15%～20%。目前已建成年產能40套1000標方堿性電解水制氫裝備生產線，包括高效電極生產車間及電解槽總裝車間。
致力于創(chuàng)造國際一流氫能裝備品牌，當前，嘉庚創(chuàng)新實驗室建立了國際先進的氫能工況測試和技術示范平臺，孵化出華商廈庚、鷺島氫能、嘉膜科技、嘉氫科技等高科技公司，獲外部投資超億元。
抓住福建綠氫產業(yè)發(fā)展優(yōu)勢
我省是如何規(guī)劃綠氫產業(yè)的？記者了解到，《福建省氫能產業(yè)發(fā)展行動計劃(2022—2025年)》明確了福建在氫氣制備領域的發(fā)展路線，即初期以工業(yè)副產氫供應為主，以可再生能源電解水制氫和核電“谷電”制氫為輔。
中國科學院院士、嘉庚創(chuàng)新實驗室主任鄭南峰認為，福建海上風電資源尤為豐富，富余核電制氫潛力較大。福建應充分發(fā)揮可再生能源優(yōu)勢，借鑒歐洲國家已積累的經驗，開展規(guī)�；茪�，促進氫能發(fā)展的同時解決電力消納。
2018年，福建啟動省創(chuàng)新實驗室布局，決定依托廈門大學建設“福建能源材料科學與技術創(chuàng)新實驗室”，即嘉庚創(chuàng)新實驗室，以新型體制機制打造國家級戰(zhàn)略科技創(chuàng)新平臺。
布局氫能產業(yè)，成為嘉庚創(chuàng)新實驗室的主攻方向之一。面向我國能源安全和“雙碳”目標，依托廈門大學化學等優(yōu)勢學科和重大平臺，嘉庚創(chuàng)新實驗室在制氫技術與裝備方面取得了顯著階段性成果。
這吸引了投資方的注意。招商局集團外部董事吳獻東、副總經理鄧仁杰表示，嘉庚創(chuàng)新實驗室在電解水制氫技術領域具有強大的基礎研究能力和豐碩的研究成果，招商局集團正與其積極合作攻關，共同推動電解水制氫技術領域技術創(chuàng)新和科技成果轉化。
華商廈庚氫能技術(廈門)有限公司，就是雙方孵化的具有自主核心技術的氫能公司。其由嘉庚創(chuàng)新實驗室與招商局集團旗下港股上市公司華商能源科技股份有限公司合資成立。已實現成果轉化的堿性電解水制氫項目，就獲華商能源增資，近日還獲第三屆TERA-Award智慧能源創(chuàng)新大賽百萬美元金獎。
今年3月，雙方共建的目前國內功率最大的電解水制氫測試基地之一——多功能電解水制氫裝備漳州測試基地(12MW)落成。有了這個測試基地，電解水制氫裝備的大規(guī)模驗證成為可能。
“堿性和PEM電解水制氫裝備，在大規(guī)模應用前需要進行長周期和深入的工況測試驗證�！惫鎰赘嬖V記者，原先受電力和安全條件限制，嘉庚創(chuàng)新實驗室只能在自有的研發(fā)基地建設小型測試場地，驗證效果不佳。測試基地的落成，將完善制氫行業(yè)標準及產品驗證機制，滿足行業(yè)所需。
緊抓氫能發(fā)展風口，嘉庚創(chuàng)新實驗室已攻克電解水制氫關鍵核心技術，形成了覆蓋電極、隔膜、制氫器件、制氫裝備與催化劑、膜電極、電解槽、檢測儀器及方法等高價值專利群。聯合知名校企，嘉庚創(chuàng)新實驗室還成功申請到科技部2023年國家重點研發(fā)計劃“氫能技術重點專項”制氫領域全部3項新項目中的2項，配套經費超2億元。
探索氫氣多領域應用場景
完成了生產端的技術創(chuàng)新與突破，生產出來的氫該如何使用？
以福州、廈門國家燃料電池汽車示范應用城市群等為核心，我省正重點開展氫能在道路交通領域示范應用。到2025年，福建燃料電池汽車應用規(guī)模計劃達到4000輛。
實際上，對照我國純電動汽車從孕育到高質量發(fā)展的歷程，我國燃料電池汽車產業(yè)比純電動汽車產業(yè)發(fā)展滯后約10年，目前仍處于產品導入期，正進入應用成本快速下降的成長期。這意味著短期內，氫氣的使用量不會大規(guī)模上漲。
如果海量的綠氫被制造出來，如何消納？《國務院關于印發(fā)2030年前碳達峰行動方案的通知》明確，加快氫能技術研發(fā)和示范應用，探索在工業(yè)、交通運輸、建筑等領域規(guī)�；瘧�。
嘉庚創(chuàng)新實驗室劉圣杰認為，除了上述領域，氫氣最廣泛的應用是化工行業(yè)。瞄準這一領域，鄭南峰團隊研究出的連續(xù)化加氫催化工藝，可以采用高選擇性催化劑將氫轉化為高價值化學品。
“催化劑被譽為化工‘芯片’，如何獲得好的催化劑，在推動化學工業(yè)進步中非常重要�！眲⑹ソ芙榻B，連續(xù)化加氫催化技術是生產效率高、產品質量穩(wěn)定、反應條件恒定易控的一種工藝，具有環(huán)保、節(jié)能、自控的優(yōu)點。目前，實驗室研發(fā)的連續(xù)化加氫催化工藝已達到國內領先水平。
提高催化反應的選擇性和連續(xù)性，是精細化工行業(yè)從源頭上實現零排放的一大策略，也是提高產品競爭力，促進精細化工產業(yè)升級的重要推動力。而連續(xù)化加氫催化技術正是該領域最關鍵的議題之一，也是氫能產業(yè)鏈下游重要的應用出口。
“以清潔加氫催化工藝代替高污染高能耗傳統(tǒng)工藝，能使工業(yè)三廢減排95%，實現應用產業(yè)的高端智能化發(fā)展。通過原創(chuàng)加氫催化技術，也能大幅提高各類卡脖子新材料單體純度，并降低其生產成本。”劉圣杰說，如今該技術已經成功應用于世界三大高性能纖維之一的芳綸纖維和聚酰亞胺等新材料超高純單體的生產，有望廣泛應用在航空航天等領域。
目前，鄭南峰團隊的連續(xù)化加氫催化技術入選工信部首批石化化工行業(yè)鼓勵推廣應用的技術產品目錄，并已開始實現萬噸級的工業(yè)生產，為企業(yè)帶來新增產值超10億元。
科技成果轉化是連接創(chuàng)新和產業(yè)的重要橋梁，也是培育發(fā)展新質生產力的重要環(huán)節(jié)。以氫能為代表的綠色低碳技術落地轉化是一項系統(tǒng)性工程。眼下，在儲能、氫能和硅能等重點項目領域，嘉庚創(chuàng)新實驗室正開展全鏈條核心技術攻關，多路線推進技術研究與產業(yè)化工作。
“福建作為東部沿海大省，亟須加強氫能技術創(chuàng)新、應用研究，完善產業(yè)布局，構建產業(yè)生態(tài)，通過示范項目促進技術的成熟和降低成本，打造有福建特色的氫能強省�！编嵞戏灞硎�，要強化嘉庚創(chuàng)新實驗室、福州大學等優(yōu)勢科研院所的氫能創(chuàng)新動力，推動資源整合、技術迭代、應用示范，助推氫能在新領域、新場景的應用推廣，健全氫能全產業(yè)鏈，構建特色產業(yè)集群。(記者 林麗明 游笑春 林聞)