河内科技大学(USTH)是越南教育和培训部直属并拥有 HCERES 认证的重点大学,USTH 的电气电子工程、机械航空工程、计算机科学、信息系统和数学等专业,在 QS WUR 排名中一直位居越南前列。

河内科技大学(USTH)副校长 Tran Dinh Phong 教授带领的团队,长期在越南从事氢能的研究,Tran Dinh Phong 副教授对越南氢能行业绿氢(Green hydrogen)的发展状况发表了自己的看法。

在众多的可再生能源研究方向中,您的团队为什么选择专注于氢能?

氢气(H₂)目前被认为是最有前途的能源载体之一,氢能如果按重量计算能量密度,是化石燃料石油的 3 倍,是锂离子电池的 100 多倍。

然而氢气(H₂)也面临着一个重大挑战,就是 H₂ 的能量密度按体积计算极低几乎为零。这意味着储存和运输氢气(H₂)需要在极高压力下先进行液化,或创新使用固体或液体载体的存储解决方案,这两种解决方案,都构成了氢气(H₂)相当大的成本和安全方面的挑战。

目前,氢气(H₂)生产根据所使用的能源按“颜色”分类。绿氢(Green hydrogen)由太阳能、风能、水能或核能等可再生能源生产,不排放二氧化碳。灰氢或黑氢(Gray or black hydrogen)源自天然气(甲烷),虽然 Gray or black hydrogen 的使用只排放水,但生产过程释放二氧化碳。

另外,白氢(White hydrogen)是氢气(H₂)一种天然存在的形式。最近在法国、阿尔巴尼亚和美国等国家,都发现了白氢(White hydrogen)的地质矿床。

如果能从地质矿床成功提取白氢(White hydrogen),它可能成为化石的理想替代品燃料。 值得注意的是,这些白氢矿床已在大约1,000 米的地区被发现,这些地区以前开采过铁和铬等金属。

虽然越南尚未在白氢(White hydrogen)这一领域进行专门的氢能生产研究,但越南的地质具备富含铁和铬等金属矿床的条件,使白氢(White hydrogen)成为一个有前途的氢能生产方向。

白氢(White hydrogen)是全球范围内氢能研究开发一个相对较新的领域,这给了越南机会尽早加入并有可能成为领导者,前提是越南政府有明确的白氢(White hydrogen)政策承诺和战略投资。

您的团队在绿氢(Green hydrogen)研发方面有何创新?

全世界能源行业对氢能寄予厚望,最关键就是氢能的绿色属性,对全球实现二氧化碳的减排和近零排放具有战略意义。

目前绿氢(Green hydrogen)的生产主要有两种方式:

1、先由太阳能、风能、水能或核能等可再生能源产生绿色电力,再将水分裂变成绿氢(Green hydrogen)和氧气。

2、通过光电化学作为催化剂直接使用太阳光将水转化为氢气,又称绿氢(Green hydrogen)“人造树叶”。绿氢(Green hydrogen)“人造树叶”是我们团队目前正在追求的方向。

绿氢(Green hydrogen)的商业化前景如何?

据美国能源部的研究,现在绿氢(Green hydrogen)的商业化生产主要使用光伏太阳能发电后进行转化。

绿氢(Green hydrogen)在没有补贴的情况下要和灰氢或黑氢(Gray or black hydrogen)进行竞争,光伏太阳能发电技术必须满足两个关键标准。

1、太阳能到氢气的转换效率必须至少达到 10%,其中 25% 是理想的目标。

2、太阳能光伏组件的使用寿命必须超过10,000小时。斯坦福大学 Thomas Jaramillo 教授的研究小组开发的太阳能光伏组件,虽然实现了大约 30% 的转换效率,但光伏组件的衰减和使用寿命问题一直未能突破。

对于《越南2030年氢能发展战略及2050年愿景》(165/QD-TTg),您如何评越南的绿氢(Green hydrogen)生态系统?

越南于2024年初发布《越南2030年氢能发展战略及2050年愿景》(165/QD-TTg) ,设定到 2030 年生产绿氢(Green hydrogen)约10万至50万吨/年,到 2035 年使氢能源和氢基燃料占最终能源消费总量的比例达到约10%。

对于《越南2030年氢能发展战略及2050年愿景》(165/QD-TTg)设定的目标,我认为与绿氢(Green hydrogen)在越南的实际需求相比,这是一个适度的数字。

然而考虑到目前越南国内研究能力和技术准备的局限性,《越南2030年氢能发展战略及2050年愿景》(165/QD-TTg)实现起来,还需要在二氧化碳减排的大前提下,建立起越南国家级的氢能研发计划。

比如在河内科技大学(USTH),我领导的团队只有七名研究人员、包括两名博士后研究员和四名博士生。

越南绿氢(Green hydrogen)的研发生产和应用,要取得实质性的发展,还需要政府层面鼓励更多有才华的越南年轻人,在国外攻读博士学位后回到越南,在氢能和二氧化碳减排的相关领域工作。

越南在绿氢(Green hydrogen)研究领域的国际合作情况如何?

目前,我们的河内科技大学(USTH)团队正在领导一个关于绿氢(Green hydrogen)研究开发的国际合作项目,该项目在2025-2029 年期间由法国国家科学研究中心(CNRS)资助。

法国国家科学研究中心(CNRS)资助的这个绿氢(Green hydrogen)研究开发项目在国外由法国替代能源和原子能委员会 (CEA)的文森特·阿尔特罗博士领导,在越南主要由我们负责加强研究和培养人力资源,争取在2019年前建立越南绿氢(Green hydrogen)国际联合实验室。

在氢气(H₂)的使用环节,决定氢气效率和可行性的关键技术是催化剂材料。目前最常用的催化剂是稀有且昂贵的贵金属的铂金,假设现有的汽车被氢燃料电池汽车所取代,仅仅是汽车使用的氢燃料电池汽在 50 年内,就将把全世界已知的铂金储量耗尽。

河内科技大学(USTH)绿氢(Green hydrogen)研究开发的一个重点方向,是开发由铁、钴、镍等金属代替铂金作为燃料电池的催化剂。

铁、钴、镍等金属通过精心设计,能够实现和氢化酶等天然酶的结构和功能,我们已经展示了这些催化剂的功能, 尽管铁、钴、镍等的效率低于铂金。然而优势在于成本显着降低,而且越南可能在开发这项技术方面完全自力更生。

河内科技大学(USTH)还与 CEA 的 Artero 博士团队合作开发绿氢(Green hydrogen)“人造树叶”,模仿叶子的自然功能:吸收阳光并将水分解成氢气和氧气。

通过绿氢(Green hydrogen)“人造树叶”这种新技术, 只需将太阳能电池板浸入一种特殊的“神奇解决方案”中,即可触发面板两侧两层催化剂自组装,有效转化变成功能齐全的人造叶,该技术已获得 CEA 的认可。

您认为越南发展绿氢(Green hydrogen)等氢能技术,面临的最大挑战是什么 ?

我可以确定越南在绿氢(Green hydrogen)等氢能技术的研发应用方面,有 5 个核心的挑战。

1、氢能研究社区规模较小,缺乏强大的国内联系。越南目前还没有一个全面的氢研究生态系统。

2、越南面临“人才流失”。在我们培养了许多高素质的专业人士的同时, 大多数人选择在法国、美国、日本或韩国等国家继续学习和研究,而越南仍然缺乏令人信服的研究生资助计划来鼓励年轻人才留下来。

3、越南的研究基础设施仍然不发达。例如,XPS (X射线光电子能谱),这是材料科学中必不可少的工具,在越南仍然不可用。因此,我们必须将样品送到国外进行分析, 这不仅引发了对数据安全和知识产权的担忧,也限制了越南氢能的自主研发能力。

4、越南缺乏大规模的国家研究计划。当前氢能项目是支离破碎,没有长远的愿景。我们需要的是持续的高水平氢能研究投资计划。

5、越南国内企业对氢能仍处于观望状态。企业经常只有当一项技术具有商业价值时才会感兴趣,导致对氢能早期阶段的研发没有投资的热情。