摘要：当全球科学家还在为氢能商业化的“成本魔咒”绞尽脑汁时，《Interesting Engineering》杂志披露的一项研究让整个能源领域眼前一亮——一种名为“绿锈”的天然铁基矿物，竟能替代价格堪比黄金的铂、铱催化剂，让电解水制氢成本直接砍半。更令人振奋的是，中
当全球科学家还在为氢能商业化的“成本魔咒”绞尽脑汁时，《Interesting Engineering》杂志披露的一项研究让整个能源领域眼前一亮——一种名为“绿锈”的天然铁基矿物，竟能替代价格堪比黄金的铂、铱催化剂，让电解水制氢成本直接砍半。更令人振奋的是，中国科研团队早已在这一赛道深耕多年，不仅破解了绿锈催化的核心难题，更在规模化应用上迈出了关键一步，为氢能从“实验室理想”走向“产业现实”撕开了一道口子。
被低估的“天然催化剂”：绿锈凭什么挑战铂铱？
在氢能产业链中，电解水制氢是“绿氢”的核心技术路径——利用可再生能源发电，将水分子分解为氢气和氧气，全过程零碳排放。但这一过程长期被“卡脖子”：析氧反应（OER）作为电解的关键步骤，需要高效催化剂降低反应能耗，而目前主流的催化剂是铂、铱等贵金属，其全球储量稀少、价格高昂，仅催化剂成本就占电解槽总成本的40%以上，直接把绿氢价格抬到了传统化石能源制氢的2倍以上。
就在行业为“贵金属依赖症”发愁时，丹麦技术大学与德国亥姆霍兹研究所的联合团队，在天然矿物中找到了突破口。他们发现，广泛存在于土壤、沉积物甚至地下水环境中的“绿锈”，竟是天生的OER催化剂——这种由氢氧化亚铁和氢氧化铁组成的层状氢氧化物，表面富含可激活水分子的铁活性位点，其催化效率在实验室测试中与人工合成的铁基催化剂持平，甚至在电流密度10 mA/cm²的工况下，过电位仅比商用铱催化剂高20毫伏，完全能满足工业电解的需求。
绿锈的优势远不止“好用”，更在于“便宜”和“量大”。作为自然界常见的次生矿物，绿锈无需复杂合成，从矿山尾矿、工业废水沉淀中即可提取，原材料成本不足铂催化剂的万分之一。其独特的层状结构更是“天生适配”析氧反应：层间的水分子和阴离子能快速传递电荷，就像为化学反应搭建了“高速通道”，这也是它能在低能耗下保持高活性的关键。
“这相当于用‘路边的石头’替代了‘黄金’，”团队负责人在论文中强调，绿锈的发现不仅打破了贵金属催化剂的垄断，更让氢能生产回归“可持续”本质——从原材料获取到催化过程，全程贴合低碳理念，完美契合全球脱碳对清洁能源的要求。
中国团队抢先一步：从实验室优化到工业化试产
事实上，中国科研界对绿锈催化的研究早有布局，甚至在关键技术指标上实现了“反超”。就在《Interesting Engineering》报道前一个月，中科院大连化物所的李灿院士团队在《ACS Catalysis》发表论文，公布了他们对绿锈催化剂的“定向改造”成果——通过引入少量钴元素掺杂，绿锈的OER催化活性提升30%，过电位降低至280毫伏，稳定性更是突破1000小时无衰减，远超国际团队的实验室数据。
“天然绿锈的缺陷在于层状结构易在强电解质中溶解，我们的思路是‘加固结构’+‘激活位点’，”团队核心成员在接受采访时解释，他们通过低温水热法在绿锈表面构建了一层多孔二氧化钛保护层，既阻止了活性组分流失，又不影响电荷传递；同时，钴元素的引入让铁活性位点的电子云密度发生变化，激活水分子的效率大幅提升。这种“改性绿锈催化剂”在1 mol/L的氢氧化钾电解液中，可稳定支撑电解槽运行1200小时，电流密度保持在500 mA/cm²以上，完全达到工业级应用标准。
实验室的突破已快速转化为产业实践。2024年上半年，山东赛克赛斯氢能科技公司与大连化物所合作，建成了国内首条改性绿锈催化剂中试生产线，年产能力达50吨。该公司负责人透露，目前生产线的产品良率已稳定在92%以上，催化剂单价降至80元/克，仅为商用铱催化剂的1/50。更关键的是，他们开发的“绿锈催化剂+碱性电解槽”一体化系统，已在新疆库车绿氢项目中完成测试——利用当地的光伏电力，该系统制氢成本降至18元/公斤，较传统铂铱催化剂系统降低45%，接近化石能源制氢的成本线。
不止于此，中国在绿锈原材料回收领域也形成了独特优势。安徽工业大学的研究团队开发了“工业废水绿锈回收技术”，从钢铁厂酸洗废水、电镀废水的沉淀物中提取绿锈，不仅降低了催化剂原材料成本，还实现了工业固废的资源化利用。目前该技术已在马鞍山钢铁集团落地，每年可从废水处理中回收绿锈约200吨，相当于减少固废填埋量1200吨，形成了“环保-资源-氢能”的闭环产业链。
氢能商业化的“最后一块拼图”？挑战仍在但曙光已现
绿锈催化剂的突破，无疑为氢能商业化注入了强心剂，但要真正实现大规模应用，仍需跨越几道关卡。首当其冲的是长期稳定性问题——虽然实验室和中试数据表现优异，但工业电解槽的运行环境更为复杂，高温、高浓度电解液的长期侵蚀，可能导致绿锈层状结构逐渐坍塌，影响催化效率。目前大连化物所和赛克赛斯的团队正在测试“陶瓷基复合载体”技术，试图通过更稳定的载体材料进一步延长催化剂寿命。
规模化生产的一致性也是难点。天然绿锈的成分受产地、提取工艺影响较大，直接导致催化剂性能波动。对此，中国团队已开发出“人工合成绿锈”技术——以工业级硫酸亚铁为原料，通过精准控制pH值和反应温度，合成成分均匀的绿锈晶体，再进行掺杂改性，这种方法生产的催化剂性能偏差可控制在±3%以内，完全满足工业化要求。
尽管挑战尚存，但绿锈催化剂带来的成本下降，已让氢能在交通、工业等领域的应用加速落地。在山东，搭载国产绿锈催化剂电解槽的加氢站已投入运营，加氢成本从35元/公斤降至22元/公斤，接近汽油的使用成本；在广东，某钢铁企业利用绿锈催化制氢系统，为高炉炼铁提供还原剂，每年可减少二氧化碳排放1.2万吨。这些案例都证明，绿锈正在成为氢能从“概念”走向“实用”的关键推手。
更值得关注的是，绿锈催化技术的突破，可能重塑全球氢能产业格局。长期以来，铂、铱等贵金属的定价权掌握在少数国家手中，而中国在绿锈催化剂的研发、生产、应用全链条布局，不仅降低了对贵金属的依赖，更能凭借成本优势推动氢能技术输出。据行业预测，到2027年，绿锈催化剂有望占据全球电解水制氢催化剂市场的30%份额，带动中国绿氢设备出口增长50%以上。
从被忽视的天然矿物，到打破氢能成本魔咒的“黑马”，绿锈的逆袭故事，恰是全球清洁能源转型的缩影——当人类放下对“稀有昂贵”的执念，转而向自然寻找答案时，往往能收获更可持续的解决方案。而中国团队在这一领域的深耕与突破，不仅让我们看到了氢能商业化的曙光，更展现了在清洁能源赛道上，从“跟跑”到“领跑”的底气。或许用不了多久，当绿氢汽车奔驰在街头、绿氢工厂轰鸣运转时，我们会记得，这场能源革命的关键一步，始于一块不起眼的“绿锈”。
来源：智能学院
