【踏上「氫」雲路系列】善用陽光與海水 製氫話咁易
城大用太陽能驅動電催化製「綠氫」 加氫站附近按需生產解儲存運輸難題
【編者按】在全球極端氣候威脅下，世界各地正加緊推動綠色轉型，而減少化石燃料的使用是其中核心關鍵。氫能作為高效能、低污染和零排放的潔淨能源，可用於交通運輸、發電儲能、供電供暖等方面，被視為最具前景的能源載體。然而，氫能要得到廣泛應用，仍然存在着連串的技術挑戰。
特區政府月內即將發表《香港氫能發展策略》，香港文匯報由今日起推出系列報道，引領公眾探索本港第一手的前沿氫能科研突破，由獲取氫氣、氫電轉換、動力系統，至產業落地試驗，全方位認識相關技術的關鍵節點以至香港氫能發展面貌，鼓勵香港社會團結一致應對氣候變化，為實現碳中和目標而努力。
與化石燃料引致嚴重的碳排放不同，以氫氣作為能源載體，水是唯一副產品，所以氫能被譽為終極潔淨能源。然而，地球上並沒有天然存在的氫氣，如何有效率且環保地製氫，成為氫能發展突破的首要關鍵。香港城市大學協理副校長（企業）及材料科學與工程系教授何頌賢團隊，利用新型3D多孔微納米結構材料，研發出用於製造「綠氫」的太陽能驅動電催化系統，以海水為原料分解製成氫氣燃料，並在加氫站附近按需生產，既能透過再生能源使整個產氫過程保持潔淨，亦有助解決產業應用上要大量儲存和運輸氫氣的挑戰。 ◆香港文匯報記者 陸雅楠、鍾健文
氫是元素周期表中的第一個也是最輕的元素，廣泛存在於不同化合物中，然而獲取氫氣卻是甚具挑戰的一步。目前超過九成的工業用氫氣，是通過蒸氣重組等技術，從包括天然氣等化石燃料中獲得，過程中會產生大量的二氧化碳，因而被稱為「灰氫」。更理想的做法是，藉着電進行水分解（water splitting），將水（H2O）分解成氫氣（H2）和氧氣（O2），但就面對高昂發電成本、分解技術效率低等問題。
為此，何頌賢團隊研發出「用於製氫的太陽能驅動電催化系統」，將太陽能光伏，結合新型3D多孔微納米結構材料製成的高效穩定的雙陽極——陰極，從而提高催化材料在轉化氫能時效能和穩定性，系統去年更獲得第四十八屆日內瓦國際發明展頒發金獎。
每小時每平方米可生產1.5公斤「綠氫」
系統中的微納結構電催化劑（micro-nanostructure electrocatalysts）具多功能性和高性能，可以按需生成較大規模和低成本的氫氣。何頌賢向香港文匯報表示，該系統可達至雙重目標：一是以太陽能驅動（例如光伏和光熱）把海水蒸發成淡水，二是利用預蒸發的海水，透過太陽能驅動電催化的方式來製氫，「這相當於我們可不受地區限制，只要有水和太陽的地方，都可以使用水分解的技術生產氫氣，因此可以大規模部署相關系統，從當地海水中生產環保和低成本的氫燃料，潔淨的能源載體替代方案。」
他透露，目前該系統每小時每平方米可生產1.5公斤的「綠氫」，而產氫的效能主要取決於給電解器提供的電流量，至於太陽能作為可再生潔淨能源，比起傳統高壓、高成本的化石燃料，對環境更友好，可應用範圍亦更廣。
何頌賢指出，氫氣有類似爆炸品的性質，對儲存和運輸造成一定危險，而其團隊研發的系統，使氫氣可以在現場按需生產，再供給附近加氫站，而不是在發電廠集中生產，「這樣可以通過分散的方案進行氫燃料生產，而無須使用任何儲存技術、電網和運輸系統，免卻相關的安全風險。」
與內企合作 試擴系統網置規模
他又透露，團隊目前正與內地企業合作，嘗試擴大系統網置規模，以實現更大的能源產出，「現時在深圳建立大型的海上裝置，正持續收集數據作研究用途，希望能以此向業界證明，我們的技術可以產業化和商品化。」
考慮到惡劣天氣、夜晚無法依賴太陽能等因素，何頌賢表示，未來將納入更多的潔淨能源去驅動系統，包括風能、潮汐能等，以提高能源供應的穩定性和可持續性，相信通過這些努力，可以為業界提供具有實際應用價值的解決方案。
