太陽能制氫：留住天賜的光和熱

　　有統計顯示，我國所蘊藏的生物質能資源達到近年能源年消耗總量（13億噸標準煤）的一半，而太陽能資源更是能源年消耗總量的2000倍。在傳統能源日趨匱乏的今天，新能源對于保障能源安全的作用不可忽視。

　　眾所周知，能源是人類賴以生存、發展的物質基礎。保障能源安全，已成為世界各國政府的重要目標。能源的發展不但要保證量的需要，而且必須滿足可持續發展對質的要求。利用太陽能分解水和生物質制氫，可以將能量密度低、分散性強、不穩定、不連續、隨時間、季節以及氣候變化的可再生能源轉化為能量密度高、可儲存、可運輸、無污染的氫能，是最具發展前途的可再生能源利用途徑之一，也是當前能源科學技術基礎研究國際競爭的焦點之一，對解決能源緊缺、減小環境污染壓力具有重大意義。

　　據統計，我國太陽能和生物質能的資源量分別約為近年能源年消耗總量的2000倍和0.5倍，開發潛力巨大。但截至目前，我國仍缺乏高效低成本大規模利用可再生能源的有效手段，大多數可再生能源利用技術仍處于初始發展階段，工藝水平落后、生產規模小、成本高，尚不能與常規能源進行競爭。

　　相對于化石能源而言，多數可再生能源能量密度低、分散性強、不穩定、不連續，隨時間、季節以及氣候等變化，造成現有可再生能源利用技術的成本高、效率低，大規模推廣應用困難。為使太陽能能夠連續、穩定地輸出并最終可以獨立地同常規能源競爭，必須很好地解決蓄能問題。

　　氫具有能量密度高、無污染、可儲存、可運輸等一系列優點。隨著燃料電池技術的迅猛發展，氫作為首選燃料顯得越來越重要。地球上自然存在的單質氫很少，氫多以化合態存在，最常見的形式是水和有機物（如石油、天然氣、煤炭及生物質等）。制氫就是從各種氫的化合物中提取單質氫的過程，這一過程需要耗費能源，這些能源既可是化石能源，也可是核能和各種可再生能源。目前相當一部分工業用氫來源于天然氣、石油和煤等化石能源，雖然化石能源制氫的生產技術與工藝成熟，但由于資源有限、不可再生，且在生產過程中排放大量CO2，因而只能作為過渡性的制氫技術。

　　目前將氫作為能源載體或燃料使用仍過于昂貴。與化石能源制氫相比，目前可再生能源制氫技術還不成熟，經濟上缺乏競爭力。國際上許多大型氫能研究計劃都把利用可再生能源生產廉價氫作為重要目標。如國際能源署（IEA）1977年啟動“氫能生產及利用協定”，將氫能的研究推向國際化，其戰略目標是在21世紀開創“氫能經濟新時代”，日本政府的“新日光計劃”、世界能源網計劃“WE-Net”等將高效光解水制氫技術、儲氫和氫燃料電池發電技術等作為主要研究課題，計劃在2030年實現工業規模的氫能生產和利用。

　　直接利用太陽能分解水制氫是最具吸引力的可再生能源制氫途徑，也是全世界科學界關注的熱點。長期以來，困擾太陽能光解水制氫研究的主要問題，在于人們所發現和研制的光催化劑大多僅在紫外光區（波長小于400NM）穩定有效，而紫外光僅占太陽光總能譜的不足5‰，能夠在可見光區使用的光催化劑不但催化活性低，而且幾乎都存在光腐蝕現象，需使用犧牲劑進行抑制，能量轉化效率低。同時缺乏能夠使光生電荷與空穴有效分離，并阻止產出的氫氣和氧氣重新結合等逆反應發生的合適的光催化體系。因此尋找和制備高效穩定低成本的可見光催化劑以及構建有效的光解水制氫體系成為太陽能光解水制氫技術發展的關鍵。

　　利用太陽能規模制氫從能源、材料、化學、生物等學科領域綜合滲透與交叉的角度出發，將重點進行太陽能光解水、太陽能熱解水和生物質制氫兩類可再生能源制氫的基礎理論研究，致力于建立大規模高效低成本制氫的理論與技術體系，形成一系列具有自主知識產權的高新技術成果，帶動和促進能源、材料、化工、生物等學科和產業的發展，為我國能源可持續發展奠定堅實的科學理論和關鍵技術基礎。