强碱性溶液作为电解液生产氢气的工艺在20世纪中期被工业化。虽然其成本相对较低,但许多研究发现,使用碱性溶液作为电解质的过程消耗大量淡水资源,碱液易流失和腐蚀、能耗高,与可再生能源发电的适配性较差。新兴的碱性AEM技术因其高效、低成本的优势作为下一代碱性电解技术的发展方向而受到关注。它可以实现比PEM技术和SOEC技术同等甚至更高的电解效率,并降低了整体成本。然而,目前的阴离子交换膜有一定局限性,未来AEM技术的突破点可能是开发高稳定、长寿命的阴离子交换膜。目前,国内外对碱性溶液作为电解质技术的研究主要集中在寻找耐腐蚀的膜电极材料和合适的催化剂上。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。包头本地电解水制氢设备厂家
海外 PEM 技术装备应用较国内更。这主要源于国内 ALK 厂家强大的成本管控能力,即海外厂商 PEM 电解槽较 ALK 电解槽价格差异远小于国内厂商 PEM 电解槽较 ALK 电解槽价格差异。海外电解槽呈现出标准化趋势较国内更强。国内 ALK 产品多为定制交付模式,产品规格变化较多,客户需求也不固定。国内央企参与为主的大型示范项目一定程度上推动制氢装备厂家进行功能创新,如多对一的大规模制氢撬块,低电耗制氢装备等。海外制氢装备多为固定规格、固定设计,从电解小室,到电解槽、气液分离框架、电气设备均为标准版本。这两种模式各有利弊,未来的发展方向存在一定不确定性。新乡工业电解水制氢设备产量接近 75%的绿氢项目坐落于三北地区,约 80%的项目采用碱性电解水制氢技术。
目前中国的PEM电解槽发展和国外水平仍然存在一定差距。国内生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模大约在200Nm3/h,而国外生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模可以达到500Nm3/h。相比国外,国内利用可再生能源耦合PEM电解水制氢的项目也相对偏少。国内大多数工业级可再生能源电解水制氢应用项目仍然以碱性水电解为主。总之,PEM电解水制氢技术基本成熟,进入了商业化早期阶段。但PEM电解水制氢技术仍然存在成本高的问题,性能和耐久性也有待提升,未来需要聚焦质子交换膜、电催化剂、气体扩散层与双极板等关键技术,进一步降低成本,提升商业化程度。
电解水制氢,即通过电能将水分解为氢气与氧气的过程,该技术可以采用可再生能源电力,不会产生CO2和其他有毒有害物质的排放,从而获得真正意义上的“绿氢”。电解水制氢原料为水、过程无污染、理论转化效率高、获得的氢气纯度高,但该制氢方式需要消耗大量的电能,其中电价占总氢气成本的60%~80%。实际来看,绿氢制备的技术路线有多种,包括:碱性水电解技术(ALK)、阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)、固体氧化物水电解技术(SOEC)、阴离子交换膜电解水技术(AEM)。常见的电解水制氢设备包括碱性电解水制氢设备、酸性电解水制氢设备和固体氧化物电解水制氢设备。
使用纯水电解,避免了潜在的环境污染,对环境友好;在工业领域,PEM水电解制备的绿氢应用于合成氨、炼油、化工、钢铁等碳密集型行业,有助于实现双碳目标;在交通领域,采用PEM水电解制氢技术建造加氢站现场制备绿氢,应用于燃料电池汽车、铁路、航空及航运等领域;在电力领域,将风力、光伏等新能源电力接入氢储能系统,用于电解水制取绿氢,制得的氢气储存在储氢罐中,需要时再将氢气结合氢燃料电池发电并网,为电网供电,由此可以解决大规模消纳可再生能源的问题。中国已有超过百个在建和规划中的电解水制氢项目,涵盖了石油炼化、化工合成、钢铁冶炼和交通等多个领域。兴安盟国内电解水制氢技术
电解水制氢系统的性能指标主要包括制氢效率、氢气纯度、能耗以及设备寿命等。包头本地电解水制氢设备厂家
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。包头本地电解水制氢设备厂家