这听起来很神奇：你把一个特殊装置和空气接触，将它暴露在阳光下，然后便开始生产氢气。据近期外媒报道，一个研究团队宣称已经将这一设想变成了现实。
氢能作为一种清洁高效的能源，并不是新鲜事物，能源行业已经对其开发利用了多年。但由于制氢技术的掣肘，其一直未能实现大规模应用。但近一段时期，越来越多的国际共识认为，氢能将在世界向可持续能源的过渡中发挥关键作用。
6月14日，在G20峰会召开前夕，国际能源署(IEA)发布了一份特别的氢能发展报告，称“氢能拥有巨大的潜力，世界不应该错过这个使氢能成为我们清洁和安全的能源未来重要组成部分的独特机会。”
清洁制氢技术正不断取得突破
氢的燃烧效率大约是汽油的三倍。虽然氢能本身对环境不会造成什么影响，因为只有水和热量作为副产品释放出来。然而，生产氢气的过程目前还不太环保。
当前，约95%的氢气是通过一种称为蒸汽重整的过程产生的——将氢原子与甲烷中的碳原子分离。但是，这一过程会释放温室气体，导致全球变暖。
另一种生产方法，即电解法，将氢从水中分离出来。电解可以通过风能、水电和太阳能等可再生能源为原料实现，因此不会产生任何碳排放，缺点是价格昂贵。
为了充分发挥氢气作为替代化石能源主力的潜力，科学家们需要找到一种更加经济、环保且可行的方法来规模化生产氢气。据美国oilprice报道，利用空气和水制氢的技术在今年已经取得重要突破。
该网站刊文指出，近日，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员表示，他们已经开发出一种新技术，依靠太阳能小型装置，从阳光和空气中生产液态碳氢化合物燃料。“这种装置证明了碳氢燃料可以在现实的条件下由阳光和空气制成。”
该装置直接从空气中提取二氧化碳和水，并使用太阳能对其进行分解，得到包括氢气和一氧化碳混合物在内的合成气，随后将其加工成煤油、甲醇或其他烃类。
利用太阳能制造碳氢化合物燃料的装置原理。 图片来源：ETH Zurich
今年早些时候，荷兰基础能源研究所(DIFFER)与丰田汽车欧洲公司合作，试图开发一种装置，吸收潮湿空气中的水蒸气，利用太阳能将其分解为氢气和氧气。目前，研究人员已经开发出一种新型固态光电化学电池，能够从空气中捕获水，然后在阳光照射下产生氢气。
能够生产氢气的光电化学电池近景。图片来源：DIFFER
在比利时，鲁汶大学(KU Leuven)的生物科学工程师在2月份表示，他们已经制造出一种氢气面板，可以利用空气中的水分产生氢气。根据研究人员的说法，经过十年的发展，该小组现在每天可以生产250升的氢气。其中，20个这样的氢气面板可以为一个家庭在整个冬天提供电力和热能。
鲁汶大学的生物科学工程师设计了一种氢气面板，能将15%的阳光直接转换成氢气。图片来源：KU Leuven
氢能扩大利用关键：减少碳排放
上述氢能技术虽然已经是历史性的突破，但离规模化应用尚有距离。鉴于从低碳能源生产氢气的成本仍很高，当前，工业使用的氢气几乎全部由天然气和煤炭生产。国际能源署表示，每年由天然气和煤炭制氢所释放的二氧化碳大约为8.3亿吨，相当于英国和印度尼西亚年度碳排放量的总和。
减少现有氢气生产的碳排放是一项挑战，但也是增加全球清洁氢气利用规模的机会。
一种方法是从化石燃料的氢生产中捕获和储存、利用二氧化碳。目前世界上使用这种工艺的工业设施还不太多，更多的工业设施正在筹备中。但若需要达到清洁生产的目标，还需要更大的规模。
另一种方法是从电能中获得更多的氢供应。在过去二十年中，已有200多个项目开始运营，将电能和水转化为氢气，以减少碳排放。
在汽车、卡车、钢铁和供暖建筑等其他领域扩大清洁氢气的使用是另一项重要挑战。目前全球约有11200辆氢燃料电池动力汽车在道路上行驶。到2030年，鼓励使用氢能源汽车的政府希望这一数字急剧增加到250万。
国际能源署分析，预计到2030年，用可再生电力生产氢气的成本可能会下降30%。由于可再生能源成本下降和氢气产量的增加，氢燃料电池、加氢设备都可以从大规模制造中受益。
除生产工艺外，氢能发展还面临以下亟待解决的问题：
氢气的密度很低，需要在高压下储存和运输;
氢气易燃且无味，在氢气燃烧之前，必须使用传感器检测泄漏;
氢燃料供应商是否愿意建设数量庞大的加氢站来服务氢燃料电动汽车。
推动氢能加快发展路在何方
国际能源署执行主任法提赫·比罗尔指出，“当前氢能迎来了前所未有的发展机遇，不论是能源进口国还是出口国的政府，以及可再生能源行业、电力和燃气公用行业、汽车制造商、石油和天然气公司、一些大型技术公司和城市，都在积极推动氢能发展。”
为了巩固这一势头，国际能源署在其专项报告提出了四个推动氢气发展的建议，以帮助政府、企业和其他利益相关者扩大全球氢能发展的规模。
1.使工业港成为扩大使用氢气的中枢
目前，大部分以化石原料生产的氢气作为工艺原料的炼油和化工品工厂集中在世界各地的沿海工业区，如欧洲北海，北美洲的墨西哥湾沿岸和中国东南部。鼓励这些工厂转向更清洁的氢气生产将会减少整体成本。
2.依托现有基础设施如天然气管道输送氢气
如能依托目前上百万公里的天然气管道，仅仅将其中5%的管道用来运输氢气，将大大增加对氢气的需求并减少成本。
3.扩大氢燃料在货运、客运车队中的使用
沿着固定路线运送乘客和货物的汽车、卡车和公共汽车可以转向使用氢燃料电池电动汽车。
4.启动氢贸易的国际航线
国际合作对于加速清洁氢气的发展至关重要。
此外，国际能源署指出，国家、城市政府应在长期能源战略中确立氢的作用。氢能生产、利用和开发的公司也应确立长远的发展目标，加大对氢能的研发力度，通过政策和技术的创新推动氢能的长远发展。如这些建议真能被很好的采纳和执行，我们有理由相信，氢能发展的春天确实来了!
部分资料参考自：国际能源署《氢能的未来》发展报告
