液态载氢体（Liquid Hydrogen Carriers - LHCs）有望克服可再生能源间歇性、波动性和低能量密度的缺点，将可再生能源可控规模化地链接至经济系统的各个部门，满足不同场景的物质和能量需求，加速碳中和时代的来临。
导 读
2022年底，中国可再生能源发电装机量达到了12.13亿千瓦，首次超过煤电装机量。光伏和风力等可再生能源发电装机容量的迅速增长，展示了通过以碳中性的方式驱动经济的广阔前景。然而，可再生能源具有间歇性、波动性和低能量密度的特点，无法满足众多经济场景的需求。寻找合适的能源载体将可再生能源大规模链接至经济系统的各个部门至关重要。氢气因其热值高、无污染，被视为理想的能源载体。然而其沸点低、难压缩、易燃易爆、容易使金属发生氢脆等物理化学特性，给它的储存运输及应用带来了严峻的挑战。相较于氢气，液态载氢体（LHCs）具有显著的优势，有望为建立以可再生能源为主体的未来能源结构，助力经济系统实现碳中和提供全新的解决方案。
图1 液态载氢体将可再生能源链接至不同的经济部门
化石燃料在推动人类文明发展方面发挥了重要作用，同时也带来了气候变化、能源危机和环境污染等严重后果。液态燃料能量密度高，便于存储运输，能够满足不同经济场景的需求。在化石能源时代，液体燃料的储存设施（罐、加油站）、运输方式（管道、拖车、船舶）和使用设备（内燃机、航空发动机等）已经相当完善。通过现有的液体燃料基础设施来存储、分配和利用可再生能源具有巨大的优势。
从可持续性的角度来看，利用可再生能源通过不同的技术途径（光催化、电催化、热催化或其组合催化），可将自然界广泛可用的绿色资源如水、二氧化碳、氮气甚至生物质转化成为液态载氢体如甲酸、甲醇、氨以及其他产品，这为可再生能源大规模储存到液态载氢体提供了可能。目前该领域已取得了一定的进展，如冰岛最早通过地热发电分解水生产绿色氢气使二氧化碳氢化生产甲醇。作为中国液态阳光的开创性实践，中国科学家在甘肃省（位于拥有丰富的太阳能和风能的中国西北部地区），通过将光伏与水电解相结合，然后进行热催化二氧化碳加氢转化，成功地在中试规模上实现绿色甲醇生产。液态载氢体不仅是能源载体，还是经济部门的重要原料。例如，甲醇是化学工业制造液体燃料和各种高值化学品的关键原料。氨不仅可以生产化肥，满足农业需求；同时，作为零碳燃料，在船海空天重型动力装备领域引起了广泛的关注。对液态载氢体的进一步加工利用，可在满足经济发展物质需求的同时，减轻对化石资源的依赖。海洋具有丰富的海水、阳光、风能和潮汐能，未来有望为大规模供应液态载氢体提供可行的方案。
总之，从未来的角度看，液态载氢体与电力多元转化（Power-to-X）、碳捕集封存利用、人工光合作用等新兴技术的结合，有望将可再生能源大规模链接至经济系统的各个部门，满足不同场景的物质和能量需求，加速实现碳中和。
总结与展望
液态载氢体显示出了将可再生能源链接至经济系统的巨大潜力，目前亟需探索变革性的工具、材料和方法来推动液态载氢体的发展。尽管还有许多技术和经济问题需要解决，但学术界、工业界、金融界和决策机构的广泛合作有望加速这一未来技术驱动经济系统实现碳中和的步伐。届时，由于化石能源所带来的包括气候变化、能源危机和环境污染在内的问题也有望通过可持续的方式得到解决。
责任编辑
沈晓骏 北京林业大学
王国坤 中国科学院天津工业生物技术研究所
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Energy第1卷第2期以Commentary发表的“Liquid hydrogen carriers: Linking renewable energies for a carbon-neutral future” (投稿: 2024-02-21；接收: 2024-03-12；在线刊出: 2024-04-15)。
DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-energy.2024.100020
引用格式：Zhou B. (2024). Liquid hydrogen carriers: Linking renewable energies for a carbon-neutral future. The Innovation Energy 1(2), 100020.
作者简介
周宝文，上海交通大学机械与动力工程学院新能源动力研究所副教授、博士生导师，国家重点研发计划首席青年科学家、国家海外高层次青年人才、上海市领军人才。致力于面向碳中和未来的能源器件-系统-解决方案（Carbon-neutral Energy Device System and Solution — CEDSS），开展可再生能源光-电-热驱动水、二氧化碳、生物质和废弃物等生产绿氢、电制燃料（e-fuel）、太阳能燃料和生物质燃料，化学储能和绿色动力，以及环境污染物控制的研究。主持国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学优秀青年基金（海外）、上海市基础研究特区计划、上海市市级重大科技专项课题等科研项目9项。近年在Nature, Nat. Catal., PNAS, Nat. Commun., Sci. Bull., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., FIE等期刊发表论文50多篇。申请美国/PCT/中国专利11项，授权5项。受邀在国内外重要学术会议作主旨/邀请报告30余次。担任中国化学会二氧化碳化学专业委员会委员、中国能源学会专家委员会委员、中国石油学会碳中和专业委员会智库专家、Science Bulletin/《科学通报》特邀编委、The Innovation 青年编委、Frontiers in Energy 青年编委。成果入选“2020年世界十大科技进展”。
往期推荐
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
|
The Innovation 简介
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
期刊官网：
www.the-innovation.org
期刊投稿（Submission）：
marketing@the-innovation.org
Logo｜期刊标识
See the unseen & change the unchanged
创新是一扇门，我们探索未知；
创新是一道光，我们脑洞大开；
创新是一本书，我们期待惊喜；
创新是一个“1”，我们一路同行。
The Innovation 姊妹刊
The Innovation
赞助单位