中国团队改写氢能历史：零碳制氢如何降本90%？
中国团队改写氢能历史：零碳制氢如何降本90%？
氢能爆发很可能处于前夜。一旦制氢成本大幅下降，下游端的应用也能很快打开局面。
最近，中国复旦大学和北京大学研究团队在氢能研究的突破，引发国内媒体广泛关注，《环球零碳》也对此进行了报道，鉴于这些突破具有里程碑意义，今天我们再次对北大团队的研究做进一步解读。
2025年2月14日，国际顶级学术期刊《科学》（Science）刊登了一项颠覆性研究——中国科学家成功开发出全球首套“零碳排放”制氢技术！这项成果不仅将制氢能耗降低近90%，还联产高附加值化学品乙酸，为氢能产业的绿色革命按下加速键。
《科学》杂志创刊于1880年，是全球最权威的综合性科学期刊之一，其刊载的研究需经过严苛的同行评审，代表人类科学探索的最前沿。此次中国团队的突破能登上《科学》，足见其重大意义。
这是一个国际合作的结果，可谓十年磨一剑。该研究由北京大学马丁教授团队主导，联合中国科学院、英国卡迪夫大学等顶尖机构，历时十年攻关完成。团队通过精准设计铂-铱双金属催化剂（PtIr/α-MoC），在270℃的温和条件下，将农林废弃物转化的生物乙醇与水直接转化为氢气，同时生成工业级乙酸，全程无二氧化碳排放！
“挖隧道”的智慧：催化剂如何改写反应路径？
要理解这项技术的革命性，先要回答一个核心问题：催化剂为何能颠覆传统化学反应的逻辑？
想象两个被大山阻隔的村庄A和B。传统制氢技术如同让村民翻山越岭——需消耗大量能量（高温高压），且路径迂回（产生CO₂等副产物）。而催化剂的作用，就像在山体中打通一条笔直的隧道：它不改变起点和终点（反应物乙醇和水，生成物氢气和乙酸），却能重构反应路径，使过程更高效、更清洁。而且通过这条“隧道”时还能顺便捡“钱”---制取工业原料乙酸。
论文中设计的铂-铱催化剂，堪称“史上最优隧道”。通过将铂、铱原子级分散在碳化钼（α-MoC）载体表面，催化剂精准切断了乙醇分子的C-H和O-H键，同时抑制C-C键断裂（避免生成CO₂），最终将碳原子锁定在乙酸中（图C深棕色路径）。这条“隧道”的能耗仅为传统方法的1/10——传统乙醇蒸汽重整需300-1200℃高温，而新技术仅需270℃！
更巧妙的是，催化剂表面形成的“原子级界面”能定向引导反应：
- 乙醇分子在铂、铱位点被“拆解”，释放氢气；
- 水分子在碳化钼表面分解为羟基（-OH），与乙醇碎片结合生成乙酸；
- 碳原子全程被乙酸“捕获”，彻底杜绝CO₂生成。
这种“分子手术刀”般的设计，让反应效率提升至331.3 mmolH₂/(g催化剂·小时)，同时乙酸选择性高达84.5%。如果说传统催化剂是“盲人摸象”，新催化剂则是“庖丁解牛”。
经济性分析：成本大降，联产乙酸“一举两得”
该研究展示了一种高效的乙醇重整方法，能够在常压下实现高选择性和高活性的氢气生产，同时显著减少碳排放。那么经济性如何呢？
论文通过Aspen Plus模拟，评估了乙醇重整工厂的经济性。
首先基于以下几个假设条件：
- 生产规模：设计的生产规模是每年处理32,400吨乙醇。
- 反应条件：乙醇重整的反应条件，如温度、压力和原料配比，会影响产物的产量。这些条件在实验中已经优化以获得最佳结果。
- 技术效率：假设工厂的技术效率能够达到实验中观察到的水平，即高转化率和选择性。
- 设备运行时间：假设工厂每年运行8000小时，这代表了典型的工业操作时间。
最终结果是预计每年可生产36,800吨乙酸和2608万立方米的氢气。
生命周期评估（LCA）显示，该工艺在生产乙酸和氢气时分别减少了21.9%和38.6%的碳排放。通过碳税，该技术每年可额外获得约79844美元的收入。
综合下来，新工艺的制氢成本仅为0.2美元/公斤，相比电解水法（70美元/公斤）降低近99%，甚至比热分解技术（1.6美元/公斤）节省88%！（图A展示）。
更令人振奋的是，反应联产的乙酸是医药、纺织、食品添加剂的核心原料，仅中国市场年需求量就超500万吨。这意味着制氢厂不仅能“卖氢赚钱”，还能通过乙酸创造额外收益。
中国会因铂、铱资源被“卡脖子”吗？
尽管技术前景光明，但一个关键问题浮出水面：铂、铱、钼等稀有金属的供应能否支撑工业化放大[i]？
- 铂（Pt）：全球储量约7万吨，中国占比不足1%，主要依赖进口。
- 铱（Ir）：全球年产量仅7-8吨，中国几乎无探明储量。
- 钼（Mo）：中国储量丰富（全球第二），但高纯碳化钼制备技术仍待突破。
面对潜在“卡脖子”风险，可能有如下解决办法：
- 通过原子级分散技术，降低铂、铱用量；
- 开发催化剂回收工艺；
- 探索铁、镍等廉价金属替代方案。
实验室到工厂：工业化之路还有多远？
尽管论文数据惊艳，但技术从实验室走向工厂仍需跨越三大门槛：
- 催化剂量产：原子级分散工艺的规模化挑战；
- 反应器设计：高温高压环境下的长期稳定性；
- 原料供应链：生物乙醇的稳定供应与成本控制。
从目前可以查证到的消息来看，还没有技术放大方面的报道。
专利壁垒的瓦解与中国的“后发制人”
日本曾通过专利封锁氢能产业链关键环节（如高压储氢罐、燃料电池堆），但中国此次突破的“乙醇-氢”技术路线完全绕开日本专利体系。更关键的是，新工艺的制氢成本仅为日本主流技术的1/20。
笔者认为中国完全可等待日本氢能专利过期（或持有企业破产）后，凭借自主技术抢占全球市场。而此次《科学》论文的发布，无疑为这场“氢能暗战”注入一剂强心针。
氢能革命的未来图景
从实验室到千家万户，氢能技术的落地将重塑多个领域[i]：
- 交通：氢燃料电池车的逆袭
- 长途重卡：氢能车续航超800公里，加氢仅需10分钟，完美替代柴油车。
- 航空与航运：空客已启动氢动力客机研发，中国“蛟龙”货轮计划2028年首航。
- 工业：钢铁与化工的零碳转型
- 绿色炼钢：用氢气替代焦炭还原铁矿石，可使炼钢碳排放减少90%。
- 合成氨革命：传统合成氨工艺消耗全球2%能源，氢能路线可减排50%。
- 能源网络：氢储能的崛起
- 风光电制氢：将弃风弃光电转化为氢气储存，破解可再生能源波动性难题。
- 氢能社区：日本已试点氢能供电小区，家庭燃料电池同时供应电力和热水。
结语：一场能源革命的序幕
从零碳制氢到联产高值化学品，从突破专利封锁到重构全球汽车产业格局，这项研究不仅是科学界的里程碑，更是一场能源革命的序章。当日本的氢能梦想因技术封锁反成枷锁，中国正以开放创新的姿态，为人类可持续未来发展开辟新路。
青山遮不住，毕竟东流去。 氢能的时代，属于敢于颠覆、拥抱变革的人。
本文原文来自新浪财经