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南京大学邹志刚:光解水制氢意义重大 2016-12-01 13:24:39

摘要:南京大学邹志刚在氢能源会议专场上作了光解水制氢进展报告,并表示光解水制氢意义重大。

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        能源新闻网讯 2016中国国际能源峰会暨展览会于2016年11月28日-30日在北京国家会议中心召开。南京大学邹志刚在氢能源会议专场上作了光解水制氢进展报告,并表示光解水制氢意义重大。
       以下为邹志刚演讲文字实录:
       邹志刚:大家好。我们经常去说电动车,电动车不环保,为什么不环保?因为要用电,电哪里来?发电厂,就是污染转移,这个污染非常的严重的。因此,真正的可再生能源支配氢,然后进入我们燃料电池的高效利用,这个就是非常环保的一个理想的状态。所以,现在全世界都在做这个方面的工作,今天我就受我们组委会委托,把这个方面的进展给大家做一个介绍。实际上这个离应用还是有一段的距离,介绍一下我自己。早年在日本留学很多年。后来回国来参加工作,南京大学一干就是10年,干什么呢?就是干这个工作。就是和环境材料有关的一些工作。这个工作实际上在目前来看,不是一个专业可以解决的。是一个什么呢?包括物理,化学,材料,还有和能源等等。因此,在南京大学有这样一个研究中心,这个中心是我们教育部唯一一个研究的中心。这个汇集了这么多的学科的领域,包括科学家,包括工程技术人员努力做这个事情。实际上面向产业化也在做,还有一个我们有一个昆山有一个创新研究院,这个是南京大学,昆山政府一个,还有一个公司,实际上做商业化的运作。那么,本次这个展会还有一个展台,这个展台就是这个,大家有机会可以看一看,这个展代上面,展示了目前做的,和制氢关系不大,和在燃油电池有关。这个有一些燃油电池一些设备。
       我们这个研究和这些国外,还有我们国内一些大的公司也是在合作,还有我们国内一些知名企业的合作,做什么呢?就做这个(英文)。我们希望什么呢?我们就希望通过这个太阳,通过太阳制氢,然后,通过燃料电池使用氢,把这个电弄起来,这个就是一个什么呢?就是一个循环的这样一个研究。当然,我们还做一些什么呢?跟太阳能有关的这些,这个就是把它叫做可再生的,可持续发展的循环的绿色整个一个全链条的。
       做这些工作,首先回顾一下能源,社会的发展和能源的需求连在一起的。比如说,我们从石器时代到现在,就是一个什么呢?就是不断地在增长这样一个过程。当然,新能源发展意义很大,每一个能源代表一个时代,同时,也是造就国家一个强盛,英国就是煤炭,美国梦就是石油支撑着。那么,接下来就是是不是新能源可以圆中国的梦呢?这个是我们亲很期待一个目标,大量的化石能源消耗,这个跟今天的这个还是比较的相似。
       引起了我想总结两个问题。能源还会存在,大量的消耗,一个是引起了焦虑,焦虑的极端实际上就是战争,这个大家都是知道的。另外,实际上就是目前面临一个环境的压力,环境压力非常大。这里有一个照片,这个就是社会学家提出来的,这个有一个快速规模的提高。自然资源在减少,而且,环境问题在加剧,这个就是怪圈。为此,环境问题不仅是国家问题,全世界的问题。比如说,现在巴黎企业大家知道吗?就是标志全世界都是在联合来应对这个能源环境的问题。这个问题上面发达国家,这几个人得了诺贝尔奖,提出了一个曲线,这个曲线告诉我们,其实随着这个社会发展有这样一个过程,其实贫穷。但是,什么呢?最后随着社会的发展,必然又富裕。所以,这个是一个社会发展的规律,又说了一下,一定先污染,后治理。但是,中国不可以。中国体量非常大,发展速度快,这样去污染再治理,这个对于我们国家,特别对于全世界来说都是灾难。包括燃料电池,还有今天讲的这些,就是光分解水的这些技术。那么,希望中国可以走这样一条隧道。迅速走到环境友好,生活富裕这样的社会。这些就是有赖于技术的发展,不要到了顶点去。
       那么,在这个里面大家普遍关注风的,这个现象是1972年两个日本人发现的,这个道理很简单,就是一个半导体材料,如果光的照射下,可以把这个弄到导弹上面去,这个能量非常大,可以把水分解产生氢和氧。所以,这个发现引起了全世界的轰动。我们这个业界里面,科学界里面认为这个是一个什么呢?如果这一件事情做成了,所以,这个意义非常的重大。如果做成了,目前太阳能的利用形势就是有三种。第一种,就是我们见到的植物,第二种,光解水产生的氢,这个是所谓的光化学,还有光的物理,就是普通使用的PV,太阳能电池这样的技术。那么,在这个里面光解水,还有这个太阳能电热的区别,就是在于什么呢?就是他的这个需要的能量非常大,这个能量就是什么呢?有一个大于0,就是非常非常的困难。比光电转换,比光转换要困难。尽管困难优势非常的明显。可以解决太阳能到这里的储存。这个不可以规模化应用,不可以储存,有光,还有太阳,还有每天的变化很大。如果我们把太阳能变成了氢能,就解决了转换和储存的问题。全世界给予足够的关注,比如说,美国投入巨资做这个事情。他们认为这个是应对气侯变化,同时产生清洁能源重要的一个技术。那么,讲一下这个历史,从05年就开始布局做这一件事情,他们刚刚做了一些事情,美国自然基金,08年时候就是资助几千万。他们还成立这样相关的中心,与此同时,他们的目标非常明确。就是产生氢和氧。
       为了加大这个方面的研究和投入,美国能源部10年成立了什么呢?人工光合成的联合中心,资助2亿美金这样一个单位,目前有10年规划在做。他们什么目标呢?太阳能到化学的能,这个转换就是10,这个就是产业化目标。为此他们有一系列的国家的战略,这个非常著名的,就是这样一个计划。他们希望到2030年,美国就从石油经济到氢经济,氢从哪里来?能源部他们规定终极目标。氢从太阳里面得到的这个价格在,每公斤2到4美金,大概就是这样的价格。非常有竞争力,他们是分短期,中期和长期,短期现在是石油天然气,中期就是这个。那么,长期就是希望有太阳能。通过太阳能加上一些生物太阳的结合,最终提供氢,这个是他们国家的一个路线图。
       当然,日本也是有相关的路线图,希望到2020年,利用太阳能产生氢能,要产业化。他们希望到2021年效率10%,这个跟美国目标差不多。国家也是有一些大的战略和计划。这些都是网上看到的。
       目标是什么呢?一步一步,最终就是实现10%。欧洲也是有相关的这样的研究计划,他们叫做什么呢?就是欧洲催化研究群体,他们有这个群体,这个群体以前比较的松散,16年他们就把他们的整个路线图固化了,就是叫做欧洲催化科学与技术路线图,2016年7月25号公布。非常的超前,他们希望是20%的效率。目前在做一个8%的示范工程,就是一个示范工程在做,这个就是在欧洲做的。他们希望8%的效率目前实现稳定1千个小时,这个就是一个产业化目标。大概这样算下来,到10美元公斤。
       相对于发达国家,我们国家也是布局做这个方面的工作。我初步统计一下,大概我们国家在973这个层面上,重大技术研究层面上我们有6个这样的一个大的计划在执行,包括我们牵头的南京大学为首席单位的联合国内14个单位,做了10年我们的目标就是在17年实现8%的效率。太阳能产生氢,这个研究历史72年开始以来,走了一个很艰难一个过程,这个过程主要是因为材料的问题,在早年的时候,大量的研究都是集中在紫外光这个部分。大家知道太阳能里面主要的能量就是可见光,因此,如何提高可见光利用,实际上才可能利用太阳能。因此发展可见光这个催化里面,我们做了一些工作。
       如果把可见光弄上以后,这个太阳能转换效率,植入就是这一点光,这个效率就是仅仅1%左右。如果可见光弄上以后,这个效率可以达到20%几。如果利用到60我纳米左右,就是眼睛看的到部分,就是可以16%左右效率。这个效率就是可以实现。
       这个方面的工作,这个难点在于什么呢?有一个合适的材料,这个材料还和水的要匹配。所以,就是比较的困难。所以,自然界没有这样的材料,因此人工设计和合成。中国团队实现了这个事情,我们利用太阳能水分解产生氢和氧,这个事情意义非常的重大。大家看一下,这个是一个实际的样本,这个是几百纳米小球,这个上面做了几个纳米的半球,利用这样一些结构产生的这些,最后产生氢和氧,放实际太阳上面去,大家可以看一下也是有氢和氧上面。有一个合适的材料就可以让太阳分解水产生氢和氧,给全世界人民一个信心。
       寻找材料里面,目前全世界都是在做,各个国家都是在竞争。这些竞争的竞争结果,就是高效的材料。
       当然,我们这个里面还有一些其他的一些技术,利用一些孔的技术,光的技术,还有一些其他的技术,这些技术都是讲了。当然,大家看一下,这个是实际做的一个效果图,大家知道这个材料,这个表面有输水,如果把这个材料做成一半,这个粉体可以浮在水面上,这个可以接受光,这个就是材料在能源转换当中的一个神奇。粉末,用粉太阳光一照就可以产生氧和氢,日本人走的就是这个路线。
       这个路线是比较的容易,另外,就是比较的廉价,这个缺点是什么?氢和氧不可以分开。主流的研究目前全世界,包括我们也是做的,就是PVC,光电化学,在空间上氢和氧分开,这个效率就是非常的高,我给大家演示一下实验室这个效率,这个是百分之4点几的效率。这是我们这个材料,就是这样小一块儿材料,就是一个标准太阳一照的时候,把水分解了,就要产生氢,一边产氢,一边有氧,这个效率非常高。这个光反映过程,光一照这个反映继续进行。所以,这个是我们目前的继续做的,希望在17年达到8%,就是这个成倍一个效率。
       做这些工作的同时,另外一些进展大家关注一下,就是分解海水,这个最丰富的自然资源就是太阳能。当然,海水也是非常丰富,这两个加起来这个氢能意义非常重大。给大家看一下实际的一个展示图,这个展示图,就是在我们学校做的这个示范工程,在那直接放在草坪上。所以,旅游不要去南海去,大家看一下,这个就是实际上有这个,就是太阳能把海水分解产生氢能,这个效果还是非常非常的明显。全世界都是希望往产业化上面做。将来有一天利用太阳能,海水产生我们的氢能,这个是现在在努力做的,全世界都是努力做这个目标。我们给这个电池正好配套,燃油电池正好变成我们的有用的电。
       当然,另外还有一个进展,大家关注一下,利用一些污染的废水,这个成本非常高。如果把污染废水说一下,这个治理过程当中成本也是降低。这些目前也是做一些示范的工程,这个工程目前效果还是非常的明显,这个是我们降解水,同时降解污染物联合一个示范工程,这个是一个废水。
       目前,这些设备已经开始吨级的设备,就是开始在做了。当然,真正可以不可以成为一个体系,目前我们实验室已经把氢的制备,最终加压,储存,最后变成电,就是实验室已经走通了。
       我们也是做了车做了一个展示,希望有一天真正这些车的氢能通过太阳的。植物就是二氧化碳和水产生的,就是甲烷,这一条路线非常非常的明确。目前,对于二氧化碳没有什么好的治理办法。我们利用这个技术就可以把二氧化碳模拟这个作用变成了甲烷,大家知道天然气主要成本就甲烷。
       我们的目标接下来做成纯类,如果我们用技术加太阳能变成酒,这个就是下一步做的。可能性非常的大,所以,这个技术突破,你喘气,太阳一照就是酒。
       这个二氧化碳变成燃料,燃料变成二氧化碳,真正也是看的出来,这个是我们目前一个终极目标,非常有竞争力产品,目前已经投了两个项目在做。大家看一下,这个是3.83亿吨二氧化碳,我们转化3.19亿吨甲烷。那么,这个效率是5%。所以,这个还是很有竞争力。军方应用前景下,这个使用深空,深海,给大家讲一下。因此,南京大学,在这个方面做了一些工作,这个还有一定的竞争力,这个是在国际上面少有的一个研究。
       我们的研究的目标,这个就是什么呢?就是一个梦,就是一个追梦和圆梦,希望这个故事可以真正地实现。大家知道这个凡尔纳这个作者,同时写过海底2万里,曾经说过,希望有一天水就是将来的煤炭,我们的研究实际上就是圆这个梦我们有这么多同学在做。希望将来都为这个氢能做一些贡献。
       当然,光解水产生氢能,这个事情意义非常的重大,无论如何这个怎么讲都是不过分,但是,难度非常大。就是需要什么了?就是需要在座的同仁们,还有我们企业界参与,有赖于大家共同努力,最终产生氢能,为真正的清洁能源,提供清洁的智慧方法。(能源新闻网