隨著日益增長的低碳減排需求，氫的綠色制取技術受到普遍重視，利用可再生能源進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)劃的進展、電解水制氫的示范項目情況，重點分析了電解水制氫技術，涵蓋技術分類、堿水制氫應用、質子交換膜（PEM）電解水制氫。研究認為，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)化電解槽結構，有助于提高PEM電解槽的性能并降低設備成本；PEM電解水制氫技術的運行電流密度高、能耗低、產(chǎn)氫壓力高，適應可再生能源發(fā)電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結合，是電解水制氫的適宜方案。氫健康結合氫儲運與電解制氫的技術特征研判、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。氫能的應用除了可以減少碳排放、助力碳達峰，還可以通過氫與二氧化碳反應制成有機化學品，實現(xiàn)碳中和。廣東電解水隔膜公司
在市場化進程方面，堿水電解（AWE）作為較為成熟的電解技術占據(jù)著主導地位，尤其是一些大型項目的應用。AWE采用氫氧化鉀（KOH）水溶液為電解質，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較低，但產(chǎn)氣中含堿液、水蒸氣等，需經(jīng)輔助設備除去；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子交換膜不但傳導質子，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、擴散快，其導熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機組的冷卻劑，可以大幅降低風摩擦損耗，對于1ＧＷ的發(fā)電機組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。與ALK技術對比，PEM水電解制氫技術啟停速度快、負荷波動范圍廣、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，是實現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應用較有效的方式之一。此外，氫健康它還可以實現(xiàn)對風電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運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。
質子交換膜可普遍應用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領域。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)成本的預測以及美國能源部披露的成本結構，綜合測算，燃料電池應用領域每年為質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為Ｏｓ＞Ｒｕ＞Ｉｒ＞Ｐｔ＞Ａｕ；但從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序為Ａｕ＞Ｐｔ＞Ｉｒ＞Ｒｕ＞Ｏｓ。綜合活性和穩(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水電解技術進行完善和升級。廣東電解水隔膜公司
雖然陽極催化劑成本在整個電解槽成本中占比不大，但若電解制氫技術大規(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，質子交換膜，陰離子交換膜，氫健康產(chǎn)品等領域內(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)濟增長點。全球人口增長速度明顯放緩，經(jīng)濟增速小幅下降將成為經(jīng)濟社會發(fā)展的大趨勢。**樂觀屬貿(mào)易，預測后期世界相關產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟將以3.5%增速增長，其他機構基本預測在3%左右。隨著我國新一輪電解水膜，質子交換膜，陰離子交換膜，氫健康產(chǎn)品改進的深入推進，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、人工智能等相關能源科技創(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。隨著中國能源結構轉型升級的加速、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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