深度脫碳的能源要義——綠氫促進變革

氫氣作為能源載體，將在全球能源轉型中與電力互為補充。水電解制氫被認為是未來制氫的發(fā)展方向，特別是利用可再生能源電解水制氫，具備將大量可再生能源電力轉移到難以深度脫碳工業(yè)部門的潛力，成為各國瞄準的方向和攻關重點。

中國是目前世界上最大的制氫國，現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能約 2 500 萬 t/a，其中煤制氫產(chǎn)能約 1 000 萬 t/a，占比最大，其次是工業(yè)副產(chǎn)氫約 800 萬 t/a。化石能源重整制氫技術成熟、規(guī)模大、成本低，但 CO2 排放量大。而近幾年的國際氫能發(fā)展熱潮，與利用氫能降低碳排放、進一步發(fā)展可再生能源的愿景密切相關，顯然化石燃料制氫不能達到預期目標。



電解水制氫是重要的制取綠氫的方法，電解水制氫規(guī)模的提升，也使電解槽市場迅速增長。據(jù)中國氫能產(chǎn)業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示：上半年，我國氫氣產(chǎn)量同比去年增加了25%，其中利用新能源制氫的比例同比提高了30%。

本月，中國船舶集團第七一八研究所下屬中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司入駐氫能產(chǎn)業(yè)園后，生產(chǎn)的首臺每小時產(chǎn)氣量1000m³型電解槽成功交付。據(jù)了解，該制氫設備屬七一八研究所自主研發(fā)的新型綠色水電解制氫系統(tǒng)，單電解槽產(chǎn)氣量為0.01～300Nm³/h，工業(yè)用途廣泛，已累計向各國客戶提供近百臺設備。

隨著國內(nèi)上游制氫產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟，越來越多的企業(yè)選擇水電解制氫的方式制取綠氫。在綠氫成為“主流”發(fā)展方向的同時，電解槽市場也迎來了“春天”。

逐步火熱的制氫方式——電解水制氫

電解水制氫，是指在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學反應，即可分解成氫氣和氧氣，整個過程可實現(xiàn)零排放。

在整個制造環(huán)節(jié)，核心的設備載體就是電解槽。通常電解槽的結構為三部分，分別是槽體、陽極、陰極組成。當直流電通過電解槽時，在陽極與溶液界面處發(fā)生氧化反應，在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應。

電解槽是電解水制氫系統(tǒng)的核心部分。電解水制氫系統(tǒng)由電解槽及輔助系統(tǒng)組成， 其中電解槽是電解反應發(fā)生的主要場所，輔助系統(tǒng)則包括電力轉換、水循環(huán)、氣體分離、氣體提純等模塊。從成本構成來看，電解槽在制氫系統(tǒng)總成本中的占比約為 40%-50%，此外電力轉換系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)以及氫氣收集系統(tǒng)也在總成本中占據(jù)較高的比例。

目前我國電解水制氫設備多運用于光伏、風電，可再生能源制氫是主攻方向。其中，堿性水電解制氫有著較低的投資成本，已經(jīng)充分實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是大規(guī)模綠氫生產(chǎn)的最佳選擇，也是技術最成熟以及商業(yè)化最成熟的方式。

市場機遇下的有力實施——國內(nèi)外企業(yè)緊盯電解槽

今年10月中旬，隆基氫能首臺堿性水電解槽下線。隆基表示，到今年年底，隆基氫能在無錫基地將具備500MW電解水制氫設備的生產(chǎn)能力，為2022年的大批量交付提供強有力的保障。

此前不久，據(jù)國際消息報道，挪威HydrogenPro公司已同意與電解槽零部件制造商天津瀚氫源制氫設備有限公司在中國建立一家多股權合資公司，以在全球擴展其綠氫工廠技術。該合資公司一旦成立，將在中國大陸建立一家工廠，一旦全面投產(chǎn)，每年將生產(chǎn)300兆瓦的電解槽。

立志做“中國第一氫能公司”的中國石化也在制氫領域傳出好消息。11月初，中國石化首套質(zhì)子交換膜（PEM）制氫示范站啟動儀式成功舉行，標志著中國石化打通了PEM電解水制氫設備從關鍵材料、核心部件到系統(tǒng)集成的整套流程。據(jù)悉，作為核心部件的質(zhì)子交換膜電解槽，制氫效率達85%以上，其陰極和陽極催化劑、雙極板以及集電器等關鍵核心材料部件均實現(xiàn)國產(chǎn)化。

由于我國上半年氫氣產(chǎn)量的驚人增長，電解槽市場今年將翻一番，到2022年將翻四倍，預計中國將占全球電解槽裝機容量的60%-63%。綠氫在制造成本上居高不下的主要原因是電價和電解水制氫系統(tǒng)，電解槽作為可再生能源大規(guī)模制氫的關鍵裝備，在制氫系統(tǒng)總成本中的占比近50%。

由可再生能源驅動的電解制氫被認為是改善全球氣候和能源問題的好幫手，堿性電解槽被譽為可再生能源大規(guī)模制氫的關鍵裝備。隨著綠氫發(fā)展呼聲高漲，電解水制氫正迎來新一輪發(fā)展機遇。