在四川省攀枝花市西區(qū)，一個(gè)被網(wǎng)友們稱為“領(lǐng)航者號(hào)”的基地，正將《流浪地球》中的能源幻想，照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

12月25日，封面新聞?dòng)浾咦哌M(jìn)這個(gè)基地，一探太陽(yáng)如何曬出“氫能源”？

氫，到底怎么“曬”出來(lái)？

基地的名字，有點(diǎn)拗口：攀枝花多面體鈦酸鍶聚光制（加）氫一體站中試基地。這是全球首個(gè)光解水制氫商業(yè)化項(xiàng)目。

光解水制氫項(xiàng)目基地 徐湘東攝

進(jìn)入基地大門(mén)，映入眼簾的，是一座加氫站，其外表和加油站沒(méi)有太大區(qū)別。右邊，144個(gè)多邊形定日鏡，環(huán)繞在一座“水塔”模樣的聚光反應(yīng)塔下，把不遠(yuǎn)處的三個(gè)綠色的儲(chǔ)氣罐襯托得有些“嬌小”。

多邊形定日鏡 徐湘東攝

塔對(duì)面的控制室里，操控人員點(diǎn)下電腦屏幕上的“一鍵追日”，定日鏡便會(huì)集體“轉(zhuǎn)身”面向太陽(yáng)，將陽(yáng)光反射至聚光反應(yīng)塔，現(xiàn)場(chǎng)科幻感十足。

看似簡(jiǎn)單的布局下，陽(yáng)光，正經(jīng)過(guò)工業(yè)版的“光合作用”，變成氫氣。

中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員段東平 徐湘東攝

“我們這個(gè)項(xiàng)目運(yùn)用了‘多面體鈦酸鍶聚光量子制氫氧電熱一體化技術(shù)’，實(shí)現(xiàn)‘光解水制氫’。”站在定日鏡下，項(xiàng)目主導(dǎo)研發(fā)人、中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員段東平，念出了一大段專業(yè)術(shù)語(yǔ)。

這些“字都認(rèn)識(shí)，但讀不明白”的名詞，到底啥意思？

段東平打開(kāi)手機(jī)里的一張模型圖，一個(gè)白色的26面體，和陜西歷史博物館里的“獨(dú)孤信多面體煤精組印”很相似。

多面體鈦酸鍶模型 受訪者供圖

“這就是多面體鈦酸鍶，有26個(gè)面，是由鈦酸鍶材質(zhì)做成的納米級(jí)催化劑。它能將太陽(yáng)光子轉(zhuǎn)換為電子?！?/p>

26面體鈦酸鍶在哪里？段東平指了指反應(yīng)塔上的玻璃框，“無(wú)數(shù)個(gè)它們藏在玻璃框后面?！?/p>

“光子又稱光量子，聚光量子，就是聚集太陽(yáng)光高強(qiáng)光子的意思?！倍螙|平解釋，太陽(yáng)光經(jīng)此被轉(zhuǎn)化后，不僅可以生成氫氣、氧氣，還能發(fā)電、產(chǎn)熱，實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)。

段東平展示了一段高倍聚光鏡下拍攝的視頻，“光合作用”后的氧氣像火焰般在玻璃背后冒出，氫氣則被收集起來(lái)。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%。

高倍聚光鏡下，氧氣像火焰般生成

“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)光照到定日鏡上，反射到反應(yīng)塔，在裝滿催化劑和水的容器中分區(qū)生成氧氣和氫氣，氫氣經(jīng)過(guò)冷卻脫水被運(yùn)到加氫站的儲(chǔ)罐里?！倍螙|平解釋，“這就是‘曬著太陽(yáng)制氫’，最后像加油一樣，把氫氣‘加’入氫能源車中”。

陽(yáng)光被集中反射至聚光反應(yīng)塔 徐湘東攝

科學(xué)，有時(shí)來(lái)源于“意外”

氫（H），這個(gè)元素周期表中的“頭名”，是大多數(shù)人學(xué)化學(xué)時(shí)的第一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也是宇宙中最常見(jiàn)的物質(zhì)。

電影《流浪地球》中，主角劉培強(qiáng)告訴兒子，“氫是爸爸開(kāi)大火箭的燃料”。氫的燃燒熱值高，每千克氫氣燃燒放出的熱量為143兆焦，是石油熱值的3倍多。且燃燒釋放能量后生成水，是一種清潔無(wú)污染的能源。

按照國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年氫能源將有望貢獻(xiàn)全球整體能源需求的18%，創(chuàng)造出年均2.5萬(wàn)億美元總產(chǎn)值。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，到2050年氫能源有望貢獻(xiàn)全國(guó)終端能源需求的10%，創(chuàng)造超過(guò)10萬(wàn)億元的總產(chǎn)值。

氫能的含金量不言而喻。

“目前，全球制氫主要有化石能源制氫、電解水制氫和光解水制氫等方式。光解水制氫比化石能源制氫更環(huán)保，比電解水制氫效率高兩倍、成本低一半。”段東平舉例，目前，電解水制氫每公斤成本約40至50元，而攀枝花的這條光解水制氫線只需要21元左右。

想要實(shí)現(xiàn)光解水制氫，則需要核心催化劑——鈦酸鍶。鈦酸鍶的面越多，意味著對(duì)光的響應(yīng)越好，可激發(fā)的光電子越多。因此，全球各地的科學(xué)家們都致力于找到更多面的鈦酸鍶。

“科學(xué)，有時(shí)來(lái)源于意外?！倍螙|平說(shuō)，從2013年開(kāi)始，在優(yōu)化制備6面體鈦酸鍶的過(guò)程中，段東平團(tuán)隊(duì)“意外”發(fā)現(xiàn)了26面體鈦酸鍶，其轉(zhuǎn)化效率，可達(dá)到傳統(tǒng)鈦酸鍶的4倍。

之后，團(tuán)隊(duì)摸索出穩(wěn)定“產(chǎn)出”的方法，將這個(gè)全球首創(chuàng)的納米級(jí)材料，變成我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

“2018年，我們團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究‘多面體鈦酸鍶聚光量子制氫氧電熱一體化技術(shù)’。在中間試驗(yàn)成功后，我們準(zhǔn)備將紙上理論落地到工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中?！?/p>

段東平團(tuán)隊(duì)聯(lián)系了廣州、鄭州等20個(gè)光能充沛、工業(yè)配套設(shè)施相對(duì)完善的地級(jí)市。

更令段東平意外的是，地處四川最南端的攀枝花市，率先拋出了“橄欖枝”。

年日照約2700小時(shí)的攀枝花，不僅陽(yáng)光充足，氯堿、焦化等工業(yè)副產(chǎn)氫來(lái)源豐富，提純制氫成本優(yōu)勢(shì)突出。加快建設(shè)氫能產(chǎn)業(yè)示范城市、全國(guó)重要清潔能源產(chǎn)業(yè)基地，是近年來(lái)攀枝花城市轉(zhuǎn)型的一個(gè)方向。

2024年11月22日，2024中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)暨攀枝花市氫能產(chǎn)業(yè)投資推介會(huì)舉行。會(huì)上，段東平和攀枝花市委、市政府簽約項(xiàng)目建設(shè)。這距離項(xiàng)目的第一次洽談，僅過(guò)去了一個(gè)月。

加注氫燃料 徐湘東攝

加10公斤氫氣，小車能跑1000公里

“您可以先來(lái)看一下項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，我們?cè)賮?lái)詳細(xì)溝通?！辈稍L間隙，段東平接了一個(gè)來(lái)自海南企業(yè)家的電話，“他們想來(lái)了解一下項(xiàng)目的具體情況?！?/p>

12月4日，攀枝花多面體鈦酸鍶聚光制（加）氫一體站中試基地項(xiàng)目正式投運(yùn)，成為全球首個(gè)光解水制氫商業(yè)化項(xiàng)目。

項(xiàng)目一期占地33畝，其中制氫占地21畝，年制氫產(chǎn)能約200噸。

作為項(xiàng)目投資方之一，攀枝花城建交通集團(tuán) 黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)陳曦介紹說(shuō)，項(xiàng)目一期投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)年產(chǎn)值700萬(wàn)元，將帶動(dòng)萬(wàn)噸級(jí)制氫基地建設(shè)，三年內(nèi)預(yù)計(jì)可形成年產(chǎn)1.2萬(wàn)噸綠氫的超大型產(chǎn)業(yè)集群。項(xiàng)目完全達(dá)產(chǎn)后，預(yù)計(jì)年減排二氧化碳48萬(wàn)噸。

段東平預(yù)測(cè)，項(xiàng)目全部建成后，這里產(chǎn)出的氫，成本將從目前的每公斤21元降到16元，甚至更低。

綠氫是什么？年產(chǎn)1.2萬(wàn)噸綠氫，又是個(gè)什么概念？

綠氫，是通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)力等可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解水制氫，在制氫環(huán)節(jié)中沒(méi)有碳排放，是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)碳中和的方式之一。

“2025年，全世界的氫氣的總產(chǎn)量大約在1億噸，中國(guó)占了4000萬(wàn)噸，電解水制氫生成的綠氫，可能只有30萬(wàn)噸?！倍螙|平說(shuō)，1.2萬(wàn)噸綠氫，在業(yè)界是個(gè)不小的數(shù)字。

他打了個(gè)比方：“一輛家用氫能小車，一次可加約10公斤氫氣，就能跑1000公里。如果把攀枝花現(xiàn)有汽車變?yōu)闅淠苄≤嚕?.2萬(wàn)噸幾乎可以覆蓋全部?！?/p>

和此前被網(wǎng)友質(zhì)疑的“喝水就能跑”的汽車概念不同，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后的氫燃料可以直接充入氫燃料電池中，為車輛行駛提供動(dòng)力。目前，攀枝花已投運(yùn)氫能車輛52輛，包括10輛公交、42輛49噸重卡。

更重要的是，光解水制氫，打破了環(huán)境對(duì)制氫的局限性?！拔覀儾恍枰秒姡恍枰饩涂梢灾茪?，以后在高原、沙漠、海洋上，一出太陽(yáng)，就能制氫?！倍螙|平說(shuō)。