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陽(yáng)光照射在聚光鏡上，反射到高塔上的多面體鈦酸鍶，水分子被直接分解，生產(chǎn)出綠色的氫能。

12月初，我國(guó)首個(gè)商業(yè)化光熱直接制氫示范項(xiàng)目在攀枝花投入運(yùn)行，標(biāo)志著這項(xiàng)原本局限于實(shí)驗(yàn)室的前沿技術(shù)的商業(yè)化前進(jìn)了一大步。

項(xiàng)目總投資約6000萬(wàn)元，設(shè)計(jì)年制氫產(chǎn)能約200噸。這個(gè)由中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所提供核心技術(shù)的項(xiàng)目，嘗試走一條不同于主流光伏電解水制氫的全新路徑。

兩條不同的技術(shù)路徑

將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能，目前主要有兩條技術(shù)路線：光伏電解水技術(shù)和光熱制氫技術(shù)。

光伏電解水制氫是當(dāng)前的主導(dǎo)路徑，技術(shù)相對(duì)成熟。這條路線需要經(jīng)過(guò)兩次能量轉(zhuǎn)換：首先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再用電能驅(qū)動(dòng)電解槽分解水。

由國(guó)家能源局組織行業(yè)相關(guān)機(jī)構(gòu)和專(zhuān)家編制的《中國(guó)氫能發(fā)展報(bào)告（2025）》指出，2024年我國(guó)氫能全年生產(chǎn)消費(fèi)規(guī)模超3650萬(wàn)噸，位列世界第一位。電解水制氫產(chǎn)能約50萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量約32萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)約3.6%，光伏電解水路線是電解水制氫的主要方式。

直接太陽(yáng)能制氫則嘗試跳過(guò)“發(fā)電”這一中間環(huán)節(jié)，利用太陽(yáng)光直接提供分解水所需的能量。攀枝花項(xiàng)目就是這一路線的商業(yè)化嘗試。

▲攀枝花多面體鈦酸鍶聚光制（加）氫一體站中試基地

攀枝花項(xiàng)目的創(chuàng)新

攀枝花項(xiàng)目的核心突破體現(xiàn)在兩大關(guān)鍵維度：一是創(chuàng)新采用多面體鈦酸鍶作為核心光催化劑，破解了傳統(tǒng)材料的性能瓶頸；二是完成光催化制氫從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化的工程集成跨越，驗(yàn)證了技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的可行性。

催化劑是光催化制氫技術(shù)的“心臟”。這個(gè)項(xiàng)目采用的多面體鈦酸鍶由中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所自主研發(fā)，其核心優(yōu)勢(shì)源于獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控形成納米多面體形貌，不僅優(yōu)化了光吸收性能，更顯著提升了電荷分離效率，能高效捕獲并利用太陽(yáng)光譜中的可見(jiàn)光部分。

傳統(tǒng)普通鈦酸鍶僅能吸收太陽(yáng)光譜中占比不足5%的紫外光，太陽(yáng)能利用率極低；而經(jīng)過(guò)特殊形貌設(shè)計(jì)的多面體鈦酸鍶，成功將光響應(yīng)范圍擴(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)域，大幅提升了對(duì)太陽(yáng)能的綜合利用效率，這是光催化制氫技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没年P(guān)鍵材料突破。

在工程集成層面，項(xiàng)目構(gòu)建了高效的聚光-反應(yīng)體系：由144臺(tái)定日鏡組成的聚光系統(tǒng)可精準(zhǔn)追蹤太陽(yáng)軌跡，將分散的太陽(yáng)光集中反射至24個(gè)核心催化反應(yīng)器；反應(yīng)器內(nèi)部裝填多面體鈦酸鍶催化劑與反應(yīng)介質(zhì)，在聚焦強(qiáng)光的激發(fā)下直接完成水分解制氫反應(yīng)。

“這條生產(chǎn)線把聚光后濃縮的太陽(yáng)光，送入盛滿催化劑和水的反應(yīng)器，在復(fù)合催化材料的光電轉(zhuǎn)換界面上，分區(qū)產(chǎn)出氧氣和氫氣，氫氣經(jīng)過(guò)冷卻脫水之后就可直接送入加氫站的儲(chǔ)罐。”中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員段東平表示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)，其產(chǎn)出的氫氣純度可以達(dá)到99.8%、氧氣純度可以達(dá)到98.6%。

段東平介紹說(shuō)，其科研團(tuán)隊(duì)自2012年起，就開(kāi)始研究鈦酸鍶材料的獨(dú)特光電性能，2019年陸續(xù)合成出來(lái)了十八面體、二十六面體以及中空籠狀鈦酸鍶。為了把全球首次合成出來(lái)的二十六面體鈦酸鍶的優(yōu)勢(shì)推廣應(yīng)用到新能源行業(yè)，他們反復(fù)研制、測(cè)試其復(fù)合材料，攻關(guān)提升了光電轉(zhuǎn)換效率，擴(kuò)大光域響應(yīng)范圍。

段東平指出，該條示范線擁有多個(gè)世界首次：

一是全球首次在工業(yè)項(xiàng)目上采用分光、濾光鏡片，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光分波段有效利用紫外光、可見(jiàn)光；

二是全球首次采用化工生產(chǎn)模式進(jìn)行光催化制氫，濃縮的太陽(yáng)光和水在反應(yīng)器箱體內(nèi)部發(fā)生光電轉(zhuǎn)換和催化、分區(qū)制氫、制氧反應(yīng)體系。

三是采用了全球首次合成的二十六面體鈦酸鍶及其三維復(fù)合催化材料，在催化劑的晶面調(diào)控和電子遷移方面具備領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

四是正在攻關(guān)的“聚光制氫氧電熱一體化技術(shù)”，全球首次把太陽(yáng)光的全波段能量集中在一個(gè)工藝和一套設(shè)備上實(shí)現(xiàn)利用，這也是聚光制氫氧技術(shù)的延伸和升級(jí)版。

商業(yè)化還面臨很多挑戰(zhàn)

盡管攀枝花項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化示范的重要跨越，但光熱直接制氫技術(shù)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，仍需克服多重挑戰(zhàn)。

成本競(jìng)爭(zhēng)力是首要問(wèn)題。攀枝花項(xiàng)目一期年產(chǎn)氫約200噸，制氫成本約為21元/公斤。項(xiàng)目規(guī)劃通過(guò)二期千噸級(jí)產(chǎn)線的規(guī)?；c技術(shù)優(yōu)化，將目標(biāo)成本降至16元/公斤以下。

作為對(duì)比，當(dāng)前主流的光伏+堿性電解水制氫成本約18-24元/公斤（西北風(fēng)光富集區(qū)最優(yōu)項(xiàng)目可達(dá)到15元/公斤）。

催化劑的效率和耐久性是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。在戶(hù)外強(qiáng)光、溫度變化及水汽環(huán)境的長(zhǎng)期作用下，催化劑活性可能逐漸衰減，影響系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。如何確保催化劑在數(shù)千小時(shí)運(yùn)行中性能不衰減，仍是研發(fā)重點(diǎn)。

太陽(yáng)能的間歇性問(wèn)題也需要解決方案。光熱制氫系統(tǒng)受晝夜交替和天氣變化影響明顯，如何保證穩(wěn)定的氫氣產(chǎn)出是技術(shù)實(shí)用化必須解決的問(wèn)題。

另外，多面體鈦酸鍶合成工藝復(fù)雜，需精確控制溫度、壓力和反應(yīng)時(shí)間。與已經(jīng)成熟的“光伏+電解水”路線相比，直接光熱制氫尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，這也會(huì)影響技術(shù)的推廣速度。