自2020年“雙碳”目標提出，我國氫能產業不斷升溫，制氫（綠氫制取為主）成為巨大機遇。國家發展改革委和國家能源局2022年聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》提出，重點發展可再生能源制氫，嚴格控制化石能源制氫。綠氫是由可再生能源制備的氫氣，制取過程不產生任何碳排放。其中，電解水制綠氫是一項不可或缺的技術。
在未來30多年里，綠氫的產能將出現成百上千倍的增長——2021年，我國年制氫產量約3300萬噸，其中僅1%通過電解水制取，使用可再生能源制備的綠氫更是極少；到2060年，“碳中和”愿景下，我國氫氣年需求量有望增至1.3億噸，其中70%為綠氫。
風口已至，群雄逐鹿，如何發力？
在浦東張江科學城東區，清耀（上海）新能源科技有限公司（以下簡稱“清耀新能源”）總經理高慧峰表示，“上海在氫燃料電池、電解水核心材料和關鍵技術等領域，不僅有著多年的產業經驗，也有著很強的科研實力。”他說，上海宜針對產業上游，打造綠氫制取裝備的核心技術高地。
電解槽是綠氫制備的核心設備，伴隨產業升溫，其需求量正快速上漲。
走進清耀新能源，在一棟有著標準化工業廠房的辦公樓里，500標方的圓型電解槽被豎了起來，工人們將直徑2米的隔膜拉直，與墊片、雙極板和電極貼在一起，然后從上往下放置到電解槽里。這樣的操作要進行200次，直到電解槽的腔室內安裝下200套這樣的組合。每一個由隔膜、墊片、雙極板構成的“房間”，構成了電解槽最小的功能單位——小室。
“就是在這樣一個個小室里，水被電解成了氫氣和氧氣。”高慧峰說。H?+O?→H?O是我們都很熟悉的化學反應，它在通電條件下將發生可逆反應，即水被電解成為氫氣和氧氣，這就是電解水制氫。如果用太陽能、風能、水能等可再生能源提供的電能進行電解，這就是電解水制綠氫。
清耀新能源這臺重30噸的電解槽屬于技術最為成熟、設備成本最低的堿性電解槽。針對大規模產業化制氫，堿性電解槽是當前主要裝備。全球堿性電解槽2022年累計裝機量為727MW，占電解槽總裝機規模的52%。
我國堿性電解槽賽道競爭激烈，有近200家生產商。盡管綠氫是必然發展趨勢，若要大規模推廣，企業仍需在技術上進一步發力。
“堿性電解槽行業，入局容易，做好很難。”高慧峰說，“這種電解槽結構上很簡單，只要找幾張電解槽的圖紙，或是聯系下電解槽上游零部件供應商，將各種材料買回來，裝配疊加在一起，就能拼接成一個電解槽。但這些槽的安全性、可靠性、能耗就千差萬別了。事實上，如果沒有成熟的設計經驗和長時間對工藝的摸索，用同一批材料、相同工藝，都很難制作出性能一模一樣的電解槽。”
業內人士指出，基于新能源電力的新應用和新場景，電解水制氫急需快速的技術提升和變革。“現在，堿性電解水制氫面臨很多問題，包括電極的衰減、鍍層的脫落、隔膜的磨損和密封的失效等。而且，效率衰減也比較大，維修很不方便，要拉回廠家進行維修等。”高慧峰表示。
與國內產品相比，國外堿性電解槽在隔膜、電極，以及設計上，采用了更為先進的技術。例如，在PPS（聚苯硫醚）隔膜基礎上，涂敷其他材料成為復合新材料，使其有更好的阻氣性和更低的面電阻；在電極基材上噴涂高性能催化劑，提升化學活性，提升單位產氫效率；在結構上，根據復雜的流體力學，設計出能讓氫氣“產得快、跑得快”的導氣通道……
當氫能源成為我國未來能源結構中不可或缺的一環，無論是核心設備還是關鍵材料，都要實現從無到有的突破。“這也是我們一直堅持技術創新的原因所在。”高慧峰表示。
大型電解槽正在成為綠氫項目中的制勝關鍵
2022年11月，清耀新能源發布首款500標方的堿性電解槽，其電流密度為每平方米3000安，屬于行業平均水平。2023年，公司迭代了新一代產品，通過改用高效催化劑電極提升性能，將電流密度提升到每平方米6000安，使得500標方電解槽的產氫量提升了1倍。
“多年的研發沉淀和正向開發路徑，讓我們能夠更快地進行產品升級。”高慧峰透露，公司計劃今年推出新型隔膜技術的三代產品，進一步提升產品性能。
隨著國內綠氫示范項目紛紛落地，以及在可預見的未來將有更多大型綠氫項目誕生，電解槽將面臨大型化的挑戰。
“在能源大發展趨勢下，制氫裝備大型化是必然趨勢。”同濟大學新能源汽車工程中心副主任張存滿表示，“堿性電解水制氫要圍繞制氫裝備的成本、效率、壽命等方面展開技術攻關。設備大型化能夠帶動降本增效，意味著在低能耗和高穩定性條件下，可以實現更大規模綠氫生產。”
高慧峰說：“依托股東方技術資源優勢，我們正在基于市電、光伏和電化學儲能，全方位搭建500標方制氫全場景綜合應用示范系統，這是我們進行產品實測和工程化應用的重要舉措。我們將與合資雙方股東共同培育‘風光發電+氫儲能+氫輸配’一體化應用新模式，將發展堿性電解槽技術作為公司未來進入綠氫產業的重要發展戰略。”
越來越多的氫能企業認識到，面對綠氫應用場景的多樣化，很難用單一類型的電解槽“包打天下”。要實現制氫裝備大型化，不僅僅可以通過尺寸放大的路徑，模塊化集成也可以達到同樣的目的。
清耀新能源在持續完善大型堿性電解槽等制氫設備的同時，已經構建完成了交通、工業、儲能和發電四大領域的解決方案模型，贏得了一批商業訂單。隨著“雙碳”目標推進，未來“綠電+綠氫”有望成為深度脫碳的重要解決方案。
“我們把浦東乃至上海作為企業的研發、集成中試的基地，并設置中央生產制造基地，開展核心技術的研發和核心零部件的生產制造。根據市場的區域分布，在項目集聚地設置組裝中心，就近提供成套產品和服務。”高慧峰說，“我們要用上海的技術和創新去贏得國內外綠氫制備市場。”
轉載自：浦東發布官方微信
