电解水制氢是一种利用电将水分子分解为氢气和氧气的绿色高效制氢技术。电解水制氢的技术有很多,如碱性水电解、质子交换膜、高温固体氧化物和阴离子交换膜电解等。电解水制氢纯度高,能作为储能载体储存富余可再生能源。电解水制氢的整个过程只消耗水和电,不消耗其他化石资源。工艺简单,操作方便,无碳产品,清洁无污染。设备占地面积小,多台设备可同时生产,操作灵活。但同时,电解水制氢也是一种昂贵的制氢技术。生产氢气的主要功耗约为4.5~5.5 kW h m⁻³。燃料电池汽车被视为整个绿氢行业的先导产业,但下一步的关键是成本下降,同时带动更大场景更大规模应用。威海专业电解水

碱性电解水在生产占有率和制氢成本方面具有巨大的优势。电解水技术的主要指标包括:电流密度、负载范围、气体纯度、电解效率、使用寿命、设备价格和动态响应几个方面。碱性水技术的痛点是电流密度低能耗效率低和隔气性差,特别是波动情况下的隔气性,存在本质安全性问题。随着碱性电解水技术的发展,隔膜材料已经发展了三代,早期的石棉隔膜,目前规模应用的 PPS 隔膜,逐渐出现了隔气性、稳定性好,能耗低的复合隔膜材料。国内外比较好技术为西班牙 AGFA 公司的 Zirfon 复合膜和国内碳能科技公司的复合隔膜。威海专业电解水随着绿氢产业备受重视,带动电解水制氢设备需求大幅上涨,设备订单同比也明显增长。

利用丰富的海水代替淡水作为电解液有望解决淡水消耗的问题。由于海水的中性、缓冲能力弱和高氯离子浓度特点,直接分解未经处理的海水仍然是困难的。迫切需要新的科学技术发展来指导电解海水以实现可持续产氢。实现工业规模的制氢是终目标,因此,设计能达到高电流密度的高效、稳定的电解海水催化剂尤为重要。此外,海上风电、潮汐和光伏技术具有丰富的资源和广阔的前景优势,有望成为未来绿色能源的支柱。海上风电具有风速高、静默期短、节约土地资源等优点,但也存在着建设成本高、能源利用率低、交通困难等问题。沿海地区太阳能资源丰富,可以充分利用水的反射光,提高发电量。与地面光伏相比,可增加5%-10%,但也存在投资成本高、环境影响大等问题。因此,海水制氢、海上风电、海洋潮汐发电和海上光伏发电都需要以技术创新的突破为基础,并与未来能源发展的趋势相结合。
传统的碱性电解槽制氢,主要是以氢氧化钾为电解质。特点及优点就是这个技术非常成熟,很简单,生产成本现在比较低,因为已经用了很多年,虽然规模不是很大。但是它的缺点是能量效率低和规模较小,过去因为这个产业很小,没有很多人真正去投入力量进行研发。目前比较大 ALK 电解槽可以做到 3000 标方每小时。大型碱水电解槽还处于起步阶段,设计和集成水平还需要进一步提高。从电化学理论分析隔膜电阻占整个电解槽的欧姆电阻份额很大。通过对影响隔气性和电流密度的因素分析,复合隔膜应具有韧性好、机械强度大,可以做得更薄;亲水性强,降低面电阻以提高电流密度;采用电解液物理运输和离子跳跃机制相结合的方式达到电解液的高渗透,气体的低渗透,实现本质安全性。因此开发新型隔膜材料势在必行。在未来的研发中,制氢设备不断迭代升级,有望在能源转型和氢能产业中发挥更为重要的作用。

“如何得到成本更低的绿氢,是制氢环节的任务和使命。”胡骏明认为,此前,燃料电池汽车被视为整个绿氢行业的先导产业,但下一步的关键是成本下降,同时带动更大场景更大规模应用。“现阶段,绿氢产业将在资源禀赋相对较好、应用场景比较丰富的区域率先发展,比如既有便宜绿电又有下游灰氢替代场景或燃料电池汽车示范的地方,进行制氢项目落地。”胡骏明指出,产业下一步将着力聚焦如何获取更多更便宜的绿氢,推动下游车用、发电、化工等领域更大规模应用,由原来的需求侧向供给侧转变。而酸性电解水制氢设备因为其高效、高纯度的氢气产出而备受关注,但是设备价格和稳定性相对较差。洛阳PEM电解水制氢技术
电解水制氢作为目前制取绿氢主要的方式,市场规模正不断扩大。威海专业电解水
从目前国内外绿氢产能和项目分布来看,我国绿氢产业处于快速起步阶段,光伏制氢的装机和应用规模在近几年集中爆发,正在运行的电解槽制氢系统多为全新产品或处于设计寿命期内,尚未出现大批量的性能衰减故障或退役等可靠性问题。因此目前国内厂商主要关注制氢系统的能耗、成本等产品参数,电解槽及系统的性能退化与可靠性等方面尚未引起普遍重视。国产制氢系统的一些关键零部件,尤其是电解槽隔膜和电极的产能和技术主要来自进口,由于材料和技术受限,多数中小型制氢系统厂商缺乏关键材料和零部件的检验检测能力,一些大型企业虽然具备一定的测试能力,从行业整体来看仍处于初级阶段,并且新老技术上存在严重脱节。威海专业电解水