隨著日益增長的低碳減排需求，氫的綠色制取技術(shù)受到普遍重視，利用可再生能源進(jìn)行電解水制氫是目前眾多氫氣來源方案中碳排放較低的工藝。本文梳理了氫能需求和規(guī)劃的進(jìn)展、電解水制氫的示范項(xiàng)目情況，重點(diǎn)分析了電解水制氫技術(shù)，涵蓋技術(shù)分類、堿水制氫應(yīng)用、質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫。研究認(rèn)為，提升電催化劑活性、提高膜電極中催化劑的利用率、改善雙極板表面處理工藝、優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu)，有助于提高PEM電解槽的性能并降低設(shè)備成本；PEM電解水制氫技術(shù)的運(yùn)行電流密度高、能耗低、產(chǎn)氫壓力高，適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結(jié)合，是電解水制氫的適宜方案。氫健康結(jié)合氫儲運(yùn)與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國輸氫需求，提出發(fā)展建議：利用西北、西南、東北等區(qū)域豐富的可再生能源，通過電解水制氫產(chǎn)生高壓氫。氫能的應(yīng)用除了可以減少碳排放、助力碳達(dá)峰，還可以通過氫與二氧化碳反應(yīng)制成有機(jī)化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)碳中和。廣東電解水隔膜公司
在市場化進(jìn)程方面，堿水電解（AWE）作為較為成熟的電解技術(shù)占據(jù)著主導(dǎo)地位，尤其是一些大型項(xiàng)目的應(yīng)用。AWE采用氫氧化鉀（KOH）水溶液為電解質(zhì)，以石棉為隔膜，分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣，效率通常在70%~80%。氫健康一方面，AWE在堿性條件下可使用非貴金屬電催化劑（如Ni、CO、Mn等），因而電解槽中的催化劑造價(jià)較低，但產(chǎn)氣中含堿液、水蒸氣等，需經(jīng)輔助設(shè)備除去；另一方面，AWE難以快速啟動或變載、無法快速調(diào)節(jié)制氫的速度，因而與可再生能源發(fā)電的適配性較差。江蘇杜邦膜替代膜前景質(zhì)子交換膜不但傳導(dǎo)質(zhì)子，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。
氫氣比重小、擴(kuò)散快，其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機(jī)組的冷卻劑，可以大幅降低風(fēng)摩擦損耗，對于1ＧＷ的發(fā)電機(jī)組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。與ALK技術(shù)對比，PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負(fù)荷波動范圍廣、產(chǎn)氫壓力高，尤其適合利用可再生能源電力（尤其是離網(wǎng)電力）制氫，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外，氫健康它還可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運(yùn)行和對棄電資源的充分利用，因而成為大規(guī)模、高效儲能的重要方式之一。
質(zhì)子交換膜可普遍應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速，國內(nèi)外市場都呈現(xiàn)出較快的需求增長和廣闊的發(fā)展前景。從2011年到2019年，PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%，氫健康可見，全球PEM燃料電池出貨量高速增長。依據(jù)中國氫能聯(lián)盟對未來燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測以及美國能源部披露的成本結(jié)構(gòu)，綜合測算，燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來的市場增量將持續(xù)增長，到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億，非?？捎^。隨著日益增長的低碳減排需求，氫的綠色制取技術(shù)受到普遍重視。
不同催化材料的陽極過電勢通常為200～500ｍＶ。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下氫健康，PEM電解槽對陽極催化劑材料的要求極為苛刻，能滿足該要求的催化材料但限于某些貴金屬。通常，活性越高的金屬，其在水電解過程中越容易溶解，穩(wěn)定性越差。例如：從金屬活性角度來講，金屬活性由高到低的順序?yàn)椋希螅荆遥酰荆桑颍荆校簦荆粒?；但從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆校簦荆桑颍荆遥酰荆希蟆＞C合活性和穩(wěn)定性等因素，目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽極催化劑以銥黑以及ＩｒＯ2等為主。單純從規(guī)模和用量來看，Ir資源儲量難以維持行業(yè)的發(fā)展，必須對現(xiàn)有的PEM水電解技術(shù)進(jìn)行完善和升級。廣東電解水隔膜公司
雖然陽極催化劑成本在整個(gè)電解槽成本中占比不大，但若電解制氫技術(shù)大規(guī)模普及，其需求量會大幅度上升。廣東電解水隔膜公司
在電解水膜，質(zhì)子交換膜，陰離子交換膜，氫健康產(chǎn)品等領(lǐng)域內(nèi)，已出現(xiàn)多種企業(yè)創(chuàng)新模式，正在重塑新能源行業(yè)的商業(yè)模式，推動新能源市場開放和產(chǎn)業(yè)升級，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。全球人口增長速度明顯放緩，經(jīng)濟(jì)增速小幅下降將成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的大趨勢。**樂觀屬貿(mào)易，預(yù)測后期世界相關(guān)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)將以3.5%增速增長，其他機(jī)構(gòu)基本預(yù)測在3%左右。隨著我國新一輪電解水膜，質(zhì)子交換膜，陰離子交換膜，氫健康產(chǎn)品改進(jìn)的深入推進(jìn)，再加上大數(shù)據(jù)、能源互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧能源、區(qū)塊鏈技術(shù)、人工智能等相關(guān)能源科技創(chuàng)新日新月異的發(fā)展，未來新能源行業(yè)將會催生很多不同于之前傳統(tǒng)的企業(yè)模式，其經(jīng)營方式也會發(fā)生很大改變。隨著中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的加速、全球能源供需格局的變化，能源行業(yè)出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。未來能源行業(yè)將面臨的主要變化包括：對低碳清潔能源需求量上升，創(chuàng)新技術(shù)加速涌入能源行業(yè)，中國能源行業(yè)全球化發(fā)展加深。廣東電解水隔膜公司
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