中国科学院院士包信和：第四次能源革命，能氢则氢

近日，中国科学院院士包信和接受了上海证券报专访，包信和院士深入剖析了在 “双碳” 目标下，能源大变革带来的新机遇与挑战，尤其是对氢能在第四次能源革命中的关键作用进行了详细阐述。

“双碳” 目标下的能源变革方向

包信和院士明确指出，“双碳” 目标绝非外界压力所致，而是我国基于自身发展需求，为破解资源环境瓶颈、推动经济结构优化升级以及实现可持续发展的必然选择。产业结构调整与能源结构变革是达成 “双碳” 目标的核心，需遵循先立后破的原则，逐步降低能源强度。

鉴于我国能源结构特点以及行业发展趋势，大力发展可再生能源、加速电气化进程迫在眉睫。即便到 2050 年，预计仍有 40% 左右的领域难以实现电气化替代，此时氢能作为传统碳基化石能源的重要替代方案，其战略意义愈发凸显。从环保角度审视，绿氢无疑是未来发展的方向，其关键在于可再生能源的获取与氢制备技术的突破。

包信和院士总结的第四次能源革命的三大特征，即能源资源从化石能源向可再生能源转变、能源结构从高碳向低碳和无碳转变、能源产业由资源属性向制造属性转变，精准地描绘了能源变革的趋势。

在这场能源革命中，材料科学与制造技术的进步是关键驱动力。在电力端，加速发展低碳和非碳能源；在消费端，遵循能电则电、能氢则氢的原则；在固碳端，大力发展负碳技术。

近期我国实现碳中和的途径是以化石能源为保障，可再生能源为核心，氢能技术为关键，CCS、CCUS 等负碳技术兜底。这一综合路径体现了我国在能源变革过程中的务实态度和科学布局。

可再生能源中的太阳能发展趋势

可再生能源将成为我国未来能源的主体，而太阳能在可再生能源规模化利用中占据重要地位。近年来，钙钛矿技术发展迅猛，晶硅 - 钙钛矿叠层电池效率已达 33.7%，展现出广阔的发展前景，但在稳定性、放大特性、环保等方面仍面临挑战。

3C - SiC 作为备受关注的下一代光伏电池材料，理论上具备良好的光电特性，若能实现理论预期的宽带中间态太阳电池开发，转换效率有望突破 60%，然而目前转换效率仅为百分之十几。

包信和院士认为，高效太阳能电池的叠层发展方向已明确，但多种光电半导体材料的高性能叠合以及宽禁带半导体材料的制备，仍需大量研究。此外，为实现全光谱转化，窄禁带半导体材料、量子点也值得关注。

氢能技术的现状与挑战

氢能被各界寄予厚望，近年来电解水制氢技术逐步成熟，但不同技术路线发展程度参差不齐。目前最为成熟的碱性电解器电解效率约为 75%，存在效率偏低和碱液污染环境的风险。

在特定应用场景中，质子交换膜电解器（PEM）优势逐渐显现，电解效率可达 80% 左右，国际上许多新建项目已选用 PEM 电解槽，但其需使用贵金属催化剂和高价质子传导膜，投资成本较高。

阴离子交换膜（AEM）和固体氧化物（SOEC）作为新兴技术，潜力巨大，是国际研发重点。AEM 在规模量产前，离子传导膜的长期稳定性、设备耐久性和制造工艺有待提升；SOEC 目前处于基础材料研发和完善阶段。

AEM 电解槽有望结合碱性电解槽的低成本与 PEM 的简单高效，能使用非贵金属催化剂、无钛部件，并可在压差下运行，但存在化学、机械稳定性问题，影响寿命。现有的 SOEC 电解槽一般在高温（700 - 800 摄氏度）下运行，动力学优势使其可使用廉价镍电极。

若利用工业生产中的高品质余热，预计 SOEC 系统效率近期有望达 85%，理想条件下可达 90%。SOEC 电解槽进料为水蒸气，添加二氧化碳后可生成合成气，还可进一步生产合成燃料。然而，耐久性是 SOEC 面临的重要问题，热化学循环会加速老化，降低使用寿命，提升其性能、耐久性和降低操作温度是欧美研发重点。

目前，采用不同技术制一公斤氢的耗电量不同，碱性方法约需 50 度电，质子膜方法约 47 - 48 度电，SOEC 约 37 - 38 度电（要求水蒸气温度 150 - 180 摄氏度）。

电解水制氢技术的发展前景受设备投资和电价两个关键因素影响。目前化石能源制氢成本约一公斤 10 - 15 元，到 2050 年，电解水制氢成本有望降至 12 - 13 元，考虑碳税等环保因素，其经济性将更加突出。

铂道解读

包信和院士对于我国氢能发展的阐述，宛如一幅精心绘制的蓝图，为氢能产业的前行点亮了明灯，在多个关键维度为探索可持续发展路线指明了方向。

在能源战略布局层面，院士点明氢能在我国能源结构变革中的关键补充地位。这一战略定位，促使我国在能源转型中，能够将氢能发展纳入整体规划，合理分配资源，推动能源结构从高碳向低碳、无碳加速转变 ，契合全球能源变革的大趋势，提升我国能源安全保障能力，降低对传统化石能源的依赖。

从技术发展路径来看，不同电解水制氢技术的现状与挑战，为技术研发和产业应用提供了明确指引。

在经济可行性与产业前景方面，对制氢成本、能耗以及未来成本趋势的分析，让我们看到了氢能产业的经济潜力。

随着技术进步，电解水制氢成本有望降低，加之碳税等环保因素的考量，其经济性将愈发凸显。这不仅为投资者和企业提供了信心，也为产业政策制定提供了依据。

政府可通过政策引导，鼓励企业加大对氢能产业的投入，完善产业链布局，促进氢能在交通、工业等领域的广泛应用，培育新的经济增长点，推动我国产业结构向绿色、低碳方向转型升级，实现经济发展与环境保护的双赢，走出一条具有中国特色的氢能可持续发展之路。