我國突破電解制氫高能耗難題 堿性電解水制氫有望最先產(chǎn)業(yè)化

• 黃江 2023年9月20日 來源：新浪 1364 90
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電解水制氫將為未來主流，堿性電解水制氫有望最先產(chǎn)業(yè)化。電解水制氫能夠?qū)崿F(xiàn)零碳，將是未來的主要制氫路線。電解水制氫有4種技術(shù)路線，其中堿性電解制氫相對(duì)成熟且成本最低，是當(dāng)前最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的電解水方式。電解槽是堿性電解水制氫系統(tǒng)的關(guān)鍵，其規(guī)格提高及能耗

氫能是我國能源體系的重要組成部分和實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。作為最清潔的制氫技術(shù)和儲(chǔ)能形式的電解水制氫，因電能消耗高、制氫成本高等原因，使用占比僅為1%。如何降低電解水制氫成本，是行業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)，也是真正實(shí)現(xiàn)能源零碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

我國突破電解制氫高能耗難題

近日，紫金礦業(yè)新能源新材料科技(長沙)有限公司劉瑛博士團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合華南理工大學(xué)陳宇教授團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種含銫元素的新材料，可使固體氧化物電解水制氫的產(chǎn)氫速率較傳統(tǒng)電解水制氫技術(shù)得到較大提升，有望為氫能高效低能耗制取提供新路徑。這一成果，日前發(fā)布在國際能源學(xué)類期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì)能源快報(bào)》上。

電解水制氫將為未來主流，堿性電解水制氫有望最先產(chǎn)業(yè)化。電解水制氫能夠?qū)崿F(xiàn)零碳，將是未來的主要制氫路線。電解水制氫有4種技術(shù)路線，其中堿性電解制氫相對(duì)成熟且成本最低，是當(dāng)前最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的電解水方式。電解槽是堿性電解水制氫系統(tǒng)的關(guān)鍵，其規(guī)格提高及能耗降低是降本的重要方式。

此外，上海翌晶氫能科技有限公司研發(fā)的國內(nèi)首條固體氧化物電解水制氫(SOEC)電堆自動(dòng)化產(chǎn)線正式下線，年產(chǎn)能可達(dá)100兆瓦，可兼容多型號(hào)電堆生產(chǎn)。

業(yè)界普遍認(rèn)為，SOEC作為主要電解水制氫方式之一，此前一直處于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，SOEC已開始逐步走向規(guī)?；l(fā)展，降本路徑清晰，有望成為助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要推動(dòng)力。

該技術(shù)路線將有效降低電解水制氫成本。據(jù)上海翌晶氫能科技有限公司總經(jīng)理劉青介紹，在電解水制氫的成本構(gòu)成中，電費(fèi)占比80%、折舊占比10%、運(yùn)營維護(hù)10%，因此，降低電費(fèi)成本成為電解水制氫降本的關(guān)鍵因素，而SOEC高效優(yōu)勢將引領(lǐng)綠氫技術(shù)降本?！皵?shù)據(jù)顯示，SOEC系統(tǒng)的電解效率超過84%，與工業(yè)余熱回收結(jié)合，能進(jìn)一步降低電耗達(dá)10%，比堿性和PEM電解省電28%?！?/p>

目前,我國氫氣約77.3%來自于化石能源制氫,21.2%來自于工業(yè)副產(chǎn)氫,僅1.5%由電解水制氫提供。廣東省燃料電池汽車用氫主要來自于工業(yè)副產(chǎn)氫,廣州中石化和巨正源氫能是最主要的供應(yīng)商。

近期，國家發(fā)改委、國家能源局等多部門密集出臺(tái)相關(guān)文件，為我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速。在四川德陽，記者來到了小虎島示范項(xiàng)目制綠氫設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)，它是通過質(zhì)子交換膜電解水制氫，比較適合應(yīng)用在風(fēng)電光伏項(xiàng)目，目前設(shè)備還沒有大規(guī)模量產(chǎn)，成本比較高。為了加快這種新型綠氫設(shè)備的量產(chǎn)，在廣東佛山，國內(nèi)最大的質(zhì)子交換膜電解水制氫裝備生產(chǎn)基地將于4月底投產(chǎn)。業(yè)內(nèi)人士表示，3-5年內(nèi)，綠氫制備成本降幅預(yù)計(jì)能達(dá)到40%-50%。

根據(jù)中研普華研究院《2022-2027年中國電解水制氫行業(yè)市場競爭格局分析及發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》顯示：

近年來，我國多次出臺(tái)政策布局氫能產(chǎn)業(yè)。去年3月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，提出要建立“1+N”政策體系，明確氫能戰(zhàn)略定位，部署產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)。截至去年底，我國各地方政府發(fā)布?xì)淠苷叱?00項(xiàng)，政策類型多方面，支持方向以氫能交通應(yīng)用向跨行業(yè)耦合應(yīng)用場景拓展。

在國家政策支持下，氫能源需求迎來快速增長，電解槽項(xiàng)目招標(biāo)隨之大幅增長。華鑫證券對(duì)中國電解水制氫項(xiàng)目進(jìn)行不完全統(tǒng)計(jì)，處于招標(biāo)至投運(yùn)階段的項(xiàng)目達(dá)37個(gè)，其中25個(gè)項(xiàng)目公布電解水設(shè)備規(guī)模，已公布規(guī)模的項(xiàng)目合計(jì)功率需求達(dá)2.4GW，而2022年全球電解槽設(shè)備出貨僅1GW，高增趨勢明確。

氫燃料汽車發(fā)展前景廣闊

近年來，國內(nèi)氫能源車產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》指出，要“有序推進(jìn)氫能在交通領(lǐng)域的示范應(yīng)用”，并提出到2025年，“燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設(shè)一批加氫站”的發(fā)展目標(biāo)。

隨著技術(shù)的發(fā)展和低碳理念的普及，新能源車已成為市場寵兒。截至2022年底，中國新能源汽車保有量已達(dá)1310萬輛。但其中，絕大部分是純電動(dòng)汽車，而氫能源車保有量剛剛突破1萬輛。

如果說，新能源汽車正成為百姓日漸熟悉的伙伴，氫能源車則算得上是其中的“生面孔”。但近年來，這副“生面孔”的發(fā)展前景卻被廣泛看好。

2022年，在北京冬奧會(huì)期間，氫燃料電池汽車為服務(wù)賽事開展示范運(yùn)營，成為國內(nèi)氫能源車發(fā)展的一個(gè)高光時(shí)刻。如今，在北京、上海、廣州等地，氫能源車都在加速推廣落地。

由工業(yè)和信息化部指導(dǎo)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》提到，預(yù)計(jì)到2035年，燃料電池汽車保有量達(dá)到100萬輛左右，商用車將實(shí)現(xiàn)氫動(dòng)力轉(zhuǎn)型。

氫燃料電池汽車的優(yōu)勢有哪些

與純電動(dòng)汽車相比，氫燃料電池汽車增加了車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)和具有發(fā)電能力的燃料電池系統(tǒng)。這讓其獲得了自己的獨(dú)特優(yōu)勢。

首先是相較于純電動(dòng)汽車，氫燃料電池汽車的續(xù)航里程大幅增加。何廣利指出，純電動(dòng)汽車要提高續(xù)航里程，目前采取的方式一般是多增加鋰電池，或者通過更新技術(shù)，不斷提高電池高能量密度。但對(duì)于車輛生產(chǎn)來說，二者都需要較高的成本。但氫燃料電池汽車增加續(xù)航里程，只需增大儲(chǔ)氫罐即可。另外，純電動(dòng)汽車充電時(shí)長比較久，一般要幾個(gè)小時(shí)才能充滿電。但氫燃料電池汽車加氫補(bǔ)給的時(shí)間很短，與燃油車加汽油的時(shí)間幾乎相同。

在高海拔、高溫、高寒等多種環(huán)境下，氫燃料電池的性能也更加穩(wěn)定。以目前已在北京市延慶區(qū)投入使用的氫燃料電池公交車為例，其裝載的氫燃料電池系統(tǒng)，在零下30℃的環(huán)境下能夠無輔熱快速啟動(dòng)，續(xù)航里程可達(dá)300公里。北京公交集團(tuán)第八客運(yùn)分公司駕駛員郭宏宇，在談及駕駛氫燃料電池公交車的感受時(shí)說：“氫能源車不僅更加安全環(huán)保、沒有污染，同時(shí)噪音更小、續(xù)航更久，運(yùn)行期間很平穩(wěn)，駕駛起來特別舒適?！?/p>

從低碳、環(huán)保的角度看，氫能源車也有更優(yōu)異的表現(xiàn)，有人甚至將氫能源車稱為“移動(dòng)的空氣凈化器”。據(jù)何廣利解釋，這是因?yàn)槿剂想姵胤浅Ｃ舾?，為了保證進(jìn)入燃料電池的空氣是干凈的，氫能源車需要設(shè)置物理吸附、化學(xué)吸附等多道過濾裝置。所以，氫能源車的前置空氣處理裝置，不僅能夠吸附顆粒物，還會(huì)過濾掉空氣中的有害氣體。當(dāng)過濾后的空氣進(jìn)入電池與氫氣發(fā)生反應(yīng)后，再排放出去的物質(zhì)，只有水和更清新的空氣。

2023年綠氫產(chǎn)業(yè)化有望高速開啟

綠氫被廣泛視為未來能源發(fā)展的重要方向，根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，2021年全球氫氣總產(chǎn)量達(dá)9423萬噸，預(yù)計(jì)2030年產(chǎn)量有望達(dá)到近1.8億噸，而目前全球氫氣生產(chǎn)中只有不到0.1%為綠氫。日前，位于西班牙普埃托利亞諾地區(qū)的一家綠氫工廠正式進(jìn)入試運(yùn)行階段，這里也是目前歐洲最大的綠氫工廠。

綠氫通過可再生能源電解水制取的氫氣，在制取的過程中幾乎沒有碳排放(約1.5-5.0kg CO2/kg H2)。機(jī)構(gòu)分析指出，在需求空間釋放、政策支持有效落地以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同降本的基礎(chǔ)上，2023年綠氫產(chǎn)業(yè)化有望高速開啟。

《2022-2027年中國電解水制氫行業(yè)市場競爭格局分析及發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》由中研普華研究院撰寫，本報(bào)告對(duì)該行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現(xiàn)狀、行業(yè)發(fā)展變化等進(jìn)行了分析，重點(diǎn)分析了行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、如何面對(duì)行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競爭力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢預(yù)測等等。報(bào)告還綜合了行業(yè)的整體發(fā)展動(dòng)態(tài)，對(duì)行業(yè)在產(chǎn)品方面提供了參考建議和具體解決辦法。

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