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(dòng)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。結(jié)合氫儲(chǔ)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。PEM電解水電堆，每kW的銥的用量目標(biāo)值低至0.3g/kW?？煞裰繥inerPEM電解水用的質(zhì)子交換膜
PEM電解水的裝置的主要特點(diǎn) 包括但不限于：采用PEM質(zhì)子膜電解純水制氫，杜絕加堿。類似于燃料電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接觸面積小、高活性催化電極對。電解槽的設(shè)計(jì)充分考慮傳質(zhì)、傳熱化學(xué)工藝等。 材料方面選擇抗蝕性、耐鈍化性等性能優(yōu)越的材料，無論是鋼材還是密封材料，均需要考慮長時(shí)間的應(yīng)用場景，確保產(chǎn)品多年應(yīng)用時(shí)功能穩(wěn)定。其典型的應(yīng)用場景包括但不限于：可再生能源制氫儲(chǔ)能，火力發(fā)電廠氫冷卻、半導(dǎo)體及電子行業(yè)輔助用氣、科研實(shí)驗(yàn)用氫等。從功率大小來看，目前也有越來越明顯的往功率不斷增大的方向去發(fā)展的潛力?？煞裰缹氹u長信的PEM電解水PEM電解水系統(tǒng)中，氫氣的干燥需要借助吸附式干燥劑。
氫利用的途徑主要是燃料電池移動(dòng)動(dòng)力、分布式電站、化工加氫，新興發(fā)展的是氫燃料汽輪機(jī)、氫氣冶金等。氫能的利用需要從制氫開始，由于氫氣在自然界極少以單質(zhì)形式存在，需要通過工業(yè)過程制取。氫氣的來源分為工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、電解水制氫等途徑，差別在于原料的再生性、CO2排放、制氫成本。目前，世界上超過95%的氫氣制取來源于化石燃料重整，生產(chǎn)過程必然排放CO2；約4%~5%的氫氣來源于電解水，生產(chǎn)過程沒有CO2排放。制氫過程按照碳排放強(qiáng)度分為灰氫（煤制氫）、藍(lán)氫（天然氣制氫）、綠氫（電解水制氫、可再生能源）。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初衷是零碳或低碳排放，因此灰氫、藍(lán)氫將會(huì)逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代，綠氫是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。
在技術(shù)層面，電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫（AEM）。其中，堿性電解水技術(shù)較為成熟，造價(jià)成本也較低；但是與可再生能源適配性較差。其中，堿性電解水技術(shù)較為成熟，但無法快速調(diào)節(jié)制氫速度，與可再生能源適配性較差。固體氧化物電解水制氫（SOE）采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，適合在高溫環(huán)境下運(yùn)作，能效更高，但處于初期示范階段。陰離子交換膜電解水制氫（AEM）以陰離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢。無污染、無腐蝕；擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，提升電解效率；同時(shí)有更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間，與水電、風(fēng)電、光伏（發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性較大）具有良好的匹配性，較適合未來能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。為了增強(qiáng)長時(shí)間穩(wěn)定性，反應(yīng)推薦使之連續(xù)，PEM電解水系統(tǒng)比較適合在運(yùn)行中維持穩(wěn)定。
氫能在能源供給側(cè)和消費(fèi)終端轉(zhuǎn)型發(fā)展中可以發(fā)揮重要作用。在能源供給側(cè)，氫能可以消納可再生能源電力，實(shí)現(xiàn)能量在時(shí)間上的存儲(chǔ)和空間上的轉(zhuǎn)移。相對于其他儲(chǔ)能方式，氫能具備規(guī)模優(yōu)勢；在能源消費(fèi)終端，氫能可以實(shí)現(xiàn)零排放、零污染，減少碳排放。2020年9月，在第七十五屆大會(huì)一般性辯論上，中國提出力爭20３0年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、20６0年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的過程中，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。PEM電解水的發(fā)展方向是更低的貴金屬催化劑的使用。哪里可知大連化物所何時(shí)推出PEM電解水產(chǎn)品
風(fēng)機(jī)等設(shè)備上使用PEM電解水設(shè)備，因?yàn)槠潴w積比較小?？煞裰繥inerPEM電解水用的質(zhì)子交換膜
PEM水電解制氫已步入商業(yè)化早期，制約技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的瓶頸在于膜電極選用被少數(shù)廠家壟斷的質(zhì)子交換膜電解水，陰、陽極催化劑材料需采用貴金屬以及電解能耗仍然偏高。解決上述難題是PEM水電解制氫技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展與推廣的關(guān)鍵。為此發(fā)展新型水電解技術(shù)成為新趨勢，基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢的研究思路，采用堿性固體電解質(zhì)替代PEM的堿性固體陰離子交換膜（AEM）水電解制氫技術(shù)成為新方向。另外選用聚芳醚酮和聚砜等廉價(jià)材料制備無氟質(zhì)子交換膜電解水，也是質(zhì)子交換膜電解水的發(fā)展趨勢?？煞裰繥inerPEM電解水用的質(zhì)子交換膜
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