山東工業(yè)電解水制氫技術(shù)

未來，綠氫有望成為主力氫源，而電解水制氫則是綠氫的主要制取手段。電解水制氫賽道從政策、需求、供給端等角度定性定量看，發(fā)展要素是初步具備的。但2024H1電解槽中標(biāo)約523MW，以示范項(xiàng)目+堿性槽為主，較2023A的597MW，并未增長，甚至小幅下降。盡管市場發(fā)展不及預(yù)期，但卡點(diǎn)明確。進(jìn)一步分析，現(xiàn)階段，安全的風(fēng)光耦合、綠氫消納能力的不足，是制氫端招標(biāo)節(jié)奏放慢的兩大重要原因。行業(yè)需要時(shí)間，順應(yīng)趨勢，尤其對(duì)于投資機(jī)構(gòu)，橫向關(guān)注堿性槽、PEM槽與AEM槽的商業(yè)化進(jìn)展，縱向留意相應(yīng)零部件迭代的投資機(jī)會(huì)，以緩解當(dāng)前市場痛點(diǎn)，推動(dòng)電解水制氫賽道的真實(shí)繁榮。PEM水電解制備的綠氫應(yīng)用于合成氨、煉油、化工、鋼鐵等碳密集型行業(yè)。山東工業(yè)電解水制氫技術(shù)

電解水制氫系統(tǒng)主要由電解槽、分離器、洗滌器、冷卻器、供水、加堿等設(shè)備組成。電解槽是電解水制氫系統(tǒng)的**設(shè)備，為了降低水的電阻，提高電解效率，必須在水中加入NaOH或KOH電解質(zhì)，配成30%左右的堿液注入電解槽。制氫環(huán)節(jié)是雙碳目標(biāo)的提出使“綠氫”成為減碳脫碳的重要途徑。其中，電解水制氫是重要的制取綠氫的方法。電解水制氫規(guī)模的提升，也使電解槽市場迅速增長。根據(jù)HengCe（恒策咨詢）的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測，2023年全球水電解制氫設(shè)備市場銷售額達(dá)到了11.96億美元，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到171.4億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）為45.6%（2024-2030）。地區(qū)層面來看，中國市場在過去幾年變化較快，2023年市場規(guī)模為百萬美元，約占全球的%，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到百萬美元，屆時(shí)全球占比將達(dá)到%。平頂山PEM電解水制氫技術(shù)傳統(tǒng)的堿性電解槽制氫，主要是以氫氧化鉀為電解質(zhì)。

我國的氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的相關(guān)文件是相對(duì)較保守的數(shù)據(jù)，因?yàn)楦鶕?jù)目前的一些項(xiàng)目規(guī)劃來看，國內(nèi)的電解水制氫市場的發(fā)展和規(guī)劃文件來相比有較大差距。氫能聯(lián)盟的100GW目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要前提，以此來分析，可以看出：目前國內(nèi)已有的電解水制氫設(shè)備總計(jì)產(chǎn)能在1GW左右；到2023年預(yù)計(jì)有2GW左右的產(chǎn)能；到2025年預(yù)計(jì)有10GW的產(chǎn)能；到2030年預(yù)計(jì)有100GW的產(chǎn)能。如果在此基礎(chǔ)上增加國內(nèi)廠家出口到國外的一些數(shù)據(jù)，世界所有國家對(duì)國內(nèi)電解水制氫設(shè)備的需求量還會(huì)有相應(yīng)的增幅，預(yù)計(jì)2030年在130GW左右。

2024年至2025年，隨著各國補(bǔ)助力度加大與更多大型項(xiàng)目落地，國際電解水制氫產(chǎn)能或?qū)⒗^續(xù)成番增長。一方面，海外有較多大型規(guī)劃綠氫項(xiàng)目儲(chǔ)備，全球經(jīng)過投資決議的萬噸級(jí)電解水制氫項(xiàng)目已有近50項(xiàng)；另一方面，全球尤其歐洲各國對(duì)綠氫生產(chǎn)的補(bǔ)貼資金逐漸到位，疊加航運(yùn)、化工等領(lǐng)域?qū)α闾既剂吓c零碳原料的需求增長，或會(huì)推動(dòng)2024年多項(xiàng)萬噸級(jí)項(xiàng)目落地開工。能景研究結(jié)合各國項(xiàng)目規(guī)劃、補(bǔ)貼進(jìn)展、碳市場等多方面預(yù)測，樂觀情境下，到2025年底全球（含中國）綠氫累計(jì)產(chǎn)能或?qū)⒃鲩L至約140萬噸/年，到2030年底全球（含中國）綠氫累計(jì)產(chǎn)能或?qū)⒃鲩L至約1600萬噸/年。國內(nèi)生產(chǎn)的PEM電解槽單槽制氫規(guī)模大約在200 Nm3/h，國外生產(chǎn)的PEM電解槽單槽制氫規(guī)模可以達(dá)到500Nm3/h。

陽離子/質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)(PEM)該技術(shù)是指使用質(zhì)子（陽離子）交換膜作為固體電解質(zhì)替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)(30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液)，并使用純水作為電解水制氫原料的制氫過程。和堿性電解水制氫技術(shù)相比，PEM電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并且，PEM電解水制氫技術(shù)工作效率更高，易于與可再生能源消納相結(jié)合，是目前電解水制氫的理想方案。但是由于PEM電解槽需要在強(qiáng)酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運(yùn)行，因此設(shè)備需要使用含貴金屬(鉑、銥)的電催化劑和特殊膜材料，導(dǎo)致成本過高，使用壽命也不如堿性電解水制氫技術(shù)。制氫效率是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一，它反映了系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（即氫氣）的能力。保定PEM電解水制氫技術(shù)

PEM電解水制氫裝置輔助系統(tǒng)包括四大系統(tǒng)：電源供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣干燥純化系統(tǒng)、去離子水系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。山東工業(yè)電解水制氫技術(shù)

陰離子交換膜電解水技術(shù)(AEM)AEM是較為新興的電解水制氫技術(shù)，尚處于研發(fā)階段。備受關(guān)注的原因是其采用陰離子交換膜作為電解質(zhì)，將ALK的低成本和PEM簡單、高效的優(yōu)點(diǎn)相融合。現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)陰離子交換膜材料開發(fā)和機(jī)理研究，主要以國外大學(xué)，國家實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)（如NortheasternUniversity,LosAlamos,UniversityOregon,GeorgiaTech等）。其與PEM的根本區(qū)別在于將膜的交換離子由質(zhì)子換為氫氧根離子。氫氧根離子的相對(duì)分子質(zhì)量是質(zhì)子的17倍，這使得其遷移速度比質(zhì)子慢得多。AEM的優(yōu)勢是不存在金屬陽離子，不會(huì)產(chǎn)生碳酸鹽沉淀堵塞制氫系統(tǒng)。AEM中使用的電極和催化劑是鎳、鈷、鐵等非貴金屬材料，且產(chǎn)氫的純度高、氣密性好、系統(tǒng)響應(yīng)快速，與目前可再生能源發(fā)電的特性十分匹配。但AEM膜的機(jī)械穩(wěn)定性不高，AEM中電極結(jié)構(gòu)和催化劑動(dòng)力學(xué)需要優(yōu)化。AEM電解水技術(shù)處于千瓦級(jí)的發(fā)展階段，在全球范圍內(nèi)，一些研究組織/機(jī)構(gòu)正在積***力于AEM水電解槽的開發(fā)，為了擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，仍然需要一些創(chuàng)新與改進(jìn)。山東工業(yè)電解水制氫技術(shù)