復旦青年學者龔鳴：尋找最優氫能存在形式，不造成額外的能源或環境危機

能源和資源的可持續發展是21世紀人類面臨的最大挑戰之一。

氫，由于具備零碳高效、能源互聯、儲備豐富等優勢，已快速崛起成為可持續發展的重要能源形式之一。

“例如電解水制氫市場在2018年還不到1億元，到現在已經達到十幾億元甚至幾十億元的規模了。”復旦大學青年研究員、2022浦江創新論壇“尋找青年的聲音”青年先鋒龔鳴向上海科技表示，“在未來，氫能技術的研發會加速，整體氫能的效率會有大幅提升。”

“與此同時我們必須尋找有利于氫能閉環循環、高效轉化的‘制、儲、運、用’全鏈條，才能真正服務于碳中和目標，而不是創造出新的能源問題或下一輪不可逆的能源危機。”龔鳴強調，氫能產業全鏈條的可持續性和高效性，是氫能經濟乃至碳中和社會發展的關鍵基石。

尋找最優氫能存在形式，不造成額外的能源或環境危機

不同于傳統化石能源，分子氫不存在于天然界中，因而氫能是一種二次能源。龔鳴表示，在氫能社會中，氫在各個形式中相互轉化，而在各個轉化過程中轉化效率低或者產生不可逆轉化都會在氫能的可持續性產生巨大影響，并有可能造成額外的能源或環境危機。

“這不是給氫能‘潑冷水’。氫能是為了能源可持續而生的，不應該在推廣氫能的同時，造成更多的關于可持續的困擾。”龔鳴說，在氫能發展的同時，必須考慮氫能轉化過程中的可持續性與高效性，尋找最優氫能存在形式，加速氫在各最優形式之間的轉化，確保氫轉化過程中的可逆性，才能真正地推動以氫能為基礎的能源社會的發展。

“一方面，氫能產業是為了服務于碳中和，解決碳不平衡的現狀，因而其產業鏈條的可持續性和閉環性是其發展的前提，急需氫能產業的關注。另一方面，氫能全產業鏈條各個環節效率的疊加直接關系到整個能源結構使用效率，是不可忽視的參數。”龔鳴介紹說，“圍繞這兩個核心指標去尋找氫能產業鏈發展方向、研發相關產業技術是氫能發展的必然趨勢。”

“ 最易于可再生能源結合的低碳制氫技術 ”

在制氫、儲氫、運氫、用氫的四個環節中，都存在利用效率的問題，各個環節的利用效率決定了可再生能源的最終利用率。其中，制氫是氫能循環的第一步，也是制約整個氫能循環效率的關鍵環節。而龔鳴的科研團隊所研究的電解水制氫技術，是最易于可再生能源結合的低碳制氫技術。

主流的電解水制氫技術包括堿性電解水技術(ALK)、質子交換膜電解水技術(PEM)、陽離子交換膜電解水技術以及固體氧化物電解水技術。龔鳴目前關注的堿性電解水(ALK)技術，主要目標就是通過高豐度、低成本的催化劑，降低整個電解水制氫的電耗。

“ALK的主要劣勢之一就是其相對低的電流密度和較大的能耗，因而通過技術攻關來提高電解效率已然成了學術界和工業界爭先搶占的高地。”龔鳴介紹說，“現在電解水的主要成本來自于電耗。通過精準的材料設計，可以比現在工業上用的催化劑降低大概 20% 的能耗，而這就意味著可以大大降低制氫的成本，并提高可持續性。”

“突破現有電解水技術需要在考慮氫能效率的基礎上關注伴生的氧循環，才能更為充分地發揮其效率和可持續性。”龔鳴介紹，其中一條潛在路徑就是尋找一些大自然界中比較豐富的物質，將水分子中的氧轉移到這些分子上，不產生氧氣，不僅僅可以提高總體的電解效率，而且可以獲取一些化工原料、醫藥前驅體等重要的高附加值中間體，增加制氫的價值。這條路徑通常稱為耦合產氫路徑，在陰極制取純氫的同時陽極氧化形成高附加值產物，極具探索的潛質。

面向未來，龔鳴對自身的研究主要有兩個期待：

一方面，是以應用為目標，希望將研發出的新技術真正地應用到行業中，幫助實現整體設備性能的提升，同時解決生產工藝放大過程中出現的工程及科學問題；

另一方面，是從基礎科學角度出發，尋找氫能應用更多的可能性，挖掘未來具有潛力的技術路徑并進行集中攻關。

“我們更多地希望能有一些前瞻性的視角，能夠激發出更多的科研人員的靈感，拓展大家的思維。”龔鳴說。