无论是货物、原料运输还是客运，安全而高效的交通运输对于当今社会而言至关重要。随着世界人口的增长，交通运输需求将从2015年的500亿人公里增加到2050年的1200亿人公里。

在此大背景下，很难想象到，哪一种交通运输方式不使用镍或镍合金。汽车、卡车、轨道车、船舶、飞机甚至自行车都利用了镍及含镍合金的诸多优点。例如，304型不锈钢和镍铁合金（含镍量36％）就被用于液化天然气的海运，因为它们能在极低的天然气温度（-163℃）下保持延展性；对于火车车厢而言，304型不锈钢保证了耐腐蚀性以及良好的强度重量比，而且能在发生碰撞时，很好地吸收能量；在航空航天领域，高镍合金保证了发动机部件的强度和耐用性；在汽车行业中，镍越来越多地应用于电动汽车（ev）电池。

镍（Ni）

一种重要的工业金属，从属于过渡金属，质硬，低温时具有良好的强度和延展性，常温时在潮湿空气中表面会形成致密的氧化膜，也易与其他金属组成合金。镍在地壳中含量丰富，具有比较好的可塑性、耐腐蚀性和磁性等性能，被广泛用于钢铁工业、机械工业、建筑业和化学工业，常被用于不锈钢、电镀和电池等领域，是发展战略新兴产业不可缺少的基础材料和战略资源。

因为这些特性，镍成为了清洁技术中不可或缺的金属材料。在制氢系统和先进储能电池等各种可持续解决方案中有广泛的应用，在能源革命中发挥着至关重要的作用。所以近年来，镍成为重要的能源金属。

在可再生能源行业中，能源储存是镍发挥重要作用的主要领域之一。采用镍作为正极材料的电池，具有更高的能量密度、更长的使用寿命以及更好的整体性能——这些是确保电动汽车以及大规模可再生能源储存系统可行并获得发展的关键因素。

正如其在储能电池正负极发挥重要作用一样，镍在氢能制备和应用中得到广泛的应用，尤其是改善电解槽和燃料电池正负极材料性能方面正在发挥其独特的作用。

此外，镍具有很高的可回收性，这意味着它能够帮助企业最大限度利用资源、减少废物产生，进而减少与初级生产环节相关的碳足迹。

这就与社会对循环经济的呼声不谋而合——人们越发开始关注减少环境影响的创新采购方法，许多公司和机构不仅做出了表态，还在积极践行自己对可持续发展的承诺，比如通过提高运营效率、推广“责任采购计划”，积极致力于减少二氧化碳排放。其中，对镍资源的利用，便成为了各个行业在追求可持续发展目标方面所采取的代表举措之一。

镍催化剂在交通运输脱碳中的应用

镍催化剂在生物柴油、可再生柴油和可持续航空燃料的生产中发挥重要作用。不论是在陆运、海运还是空运中，镍催化剂在运输行业所需的能源转化中都起着关键作用。此外，镍催化剂还可用于制氢水电解槽。氢气可以直接燃烧，用于燃料电池，用于加氢处理其他可再生燃料，也可转化为另一种燃料，如甲醇或氨。氢气还可以用于其他化学品的净零生产，或用于铁矿石炼钢。

电解槽和燃料电池

电解槽将水分解成氢和氧。燃料电池是一种反向电解槽，通过将氧气和氢气结合成水来产生电能。当使用可再生能源制氢时，这种氢被称为“绿”氢，国际能源署预测，未来 25 年对绿氢的需求将呈爆炸式增长。

目前可供使用的电解槽有四种：聚 合 物 电 解 质 膜（也 称 为质 子交换膜，PEM）、碱性水电解槽（AWE）、阴离子交换膜（AEM）和固体氧化物电解池（SOEC）。虽然 PEM 电解槽效率最高，但它需要使用铂和铱作为电催化剂，而其他三种技术使用镍基电催化剂。在含镍的电解槽类型中，AWE 是商业上最先进的。AWE 的阳极、阴极和电解槽流场组件中均含有镍。

流场由一个松散的镍网组成，以便于传输电解质和析出气体。阳极通常是由烧结纤维组成的工程镍网，而阴极是涂有催化剂的类似镍纤维网。这些催化剂是供应商专用的，但常用的是 NiFeOx。

不同催化剂的优点和缺点

因为AWE的资本成本相对较低，所以使用的越来越多，但为了最大限度降低生产成本和满足可再生电力的需求，AEM和SOEC也正在被引进。与 AWE 相比，AEM 的电效率更高，使用的材料也类似，因此通常认为是 AWE与 PEM 的中间体。与 AWE 一样，AEM 使用镍网来控制流量和输送电流，也使用镍催化剂。与 AEW 中使用的相对简单的催化剂相比，AEM催化剂往往设计得更高级。建议使用的具有高性能的阳极催化剂包括附在碳纸上的 NiFe 层状双氢氧化物和附在 Ni泡沫上的 NiCoSe合金。阴极催化剂倾向于采用附在镍网上的 NiFe和NiCo合金。

SOEC可在非常高的温度下（>600℃）运行，并具有较高效率，能够将废热集成到工业应用中。在SOEC 中，电催化剂（通常是镍金属颗粒）直接附在电解质上，电解质是一种在高操作温度下对离子导电的金属氧化物。

独一无二的镍

这些仅仅是使用镍催化剂和其他成分在未来低碳环境中发挥作用的例子。镍相对较低的成本，对腐蚀性物质的惰性，以及在电解槽中的具体性能特点，使其成为这些新兴技术不可替代的一部分。

引导可持续海洋燃料的发展

国际海事组织（IMO）的目标是到2050年将温室气体总排放量（GHG）减少至少 50%。基于此，含镍不锈钢将在所考虑方案中发挥重要作用。为实现这一目标，海洋产业需要低碳、碳中和、零碳燃料。三个主要选择是氢、氨和甲醇。甲醇最容易处理，因为它在室温下即可保持液态，而氢和氨需要分别在 -33℃ 和 -253℃下保持液态。

氢

氢作为燃料，可以燃烧也可以通过燃料电池发电。然而，液态氢在-253℃ 的存储更为复杂，由于其体积能量密度较低，所以需要比甲醇和氨水更大的储罐。如果可以建造专用的海洋油轮（氢也能为船舶提供燃料），氢作为燃料是可行的。

目前，氢气是通过天然气的蒸汽重整来生产的。为了实现碳中和或零碳，需要使用可再生能源或核能将水电解，或通过蒸汽重整，包括碳捕获。

氢气的特殊性质对材料提出了很高要求。例如，含镍不锈钢能抵抗氢对其性能的渗透和降解，而 -253℃的存储特点要求含镍不锈钢在极低温下具有韧性。

氨

人们对氨的兴趣也很大。虽然其毒性很高，但常应用于氮基化肥的生产过程。使用氨作为内燃气的直接替代燃料的计划项目包括：日本 NYK将现有拖船从液化天然气燃料改造为氨燃料，以 及Viking Energy将海上供应船转换为氨燃料电池。

氨通过哈柏法生产。该工艺是在高温高压下使用金属催化剂使大气中的氮气和氢气反应。含镍不锈钢在此过程中的几个环节是必须可少的。

甲醇

甲醇目前被用作船用燃料，但它是一种由天然气生产的碳基燃料。虽然可以从生物质中生产碳中和甲醇，但也有通过二氧化碳和氢气反应来生产甲醇的技术。

随着技术的不断发展，含镍不锈钢在生产可持续船用燃料以减少温室气体的排放方面发挥了关键作用。