電解水制氫高能耗難題取得突破 電解水制氫行業(yè)未來(lái)前景如何

• 黃文玉 2023年9月19日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 福建日?qǐng)?bào) 全球?qū)崟r(shí)碳數(shù)據(jù) 686 40
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水電解制氫是一種較為方便的制取氫氣的方法。在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣。

一、電解水制氫的概念

水電解制氫是一種較為方便的制取氫氣的方法。在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣。電解水技術(shù)與光解水、熱化學(xué)制氫的不同特點(diǎn)：電解水技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、無(wú)污染，所得氫氣純度高、雜質(zhì)含量少，適用于各種場(chǎng)合，缺點(diǎn)是耗能大、制氫成本高;光解水技術(shù)目前難點(diǎn)是催化劑研制;熱化學(xué)循環(huán)制氫系統(tǒng)更復(fù)雜，但制氫效率較高，結(jié)合可再生能源，利用效率更高。

2023年9月14日，國(guó)際能源學(xué)類頂級(jí)期刊、美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)旗下雜志《ACS Energy Letters》，發(fā)表了以劉瑛博士、華南理工陳宇教授等為聯(lián)合通訊作者的研究成果，認(rèn)為達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，有望為氫能高效低能耗制取提供新路徑。加入一種含銫元素的新材料，可使固體氧化物電解水制氫的產(chǎn)氫速率較傳統(tǒng)電解水制氫技術(shù)得到較大提升。這是紫金礦業(yè)海外引進(jìn)的頂尖人才劉瑛博士針對(duì)電解水制氫“電能消耗高、制氫成本高”，制約有著“終極能源”之稱的氫能加快推廣應(yīng)用的問(wèn)題，提出的解決方案。該方案經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證，于近日取得突破。

在一些電解質(zhì)水溶液中通入直流電時(shí)，分解出的物質(zhì)與原來(lái)的電解質(zhì)完全沒(méi)有關(guān)系，被分解的是作為溶劑的水，原來(lái)的電解質(zhì)仍然留在水中。例如硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬于這類電解質(zhì)。?在電解水時(shí)，由于純水的電離度很小，導(dǎo)電能力低，屬于典型的弱電解質(zhì)，所以需要加入前述電解質(zhì)，以增加溶液的導(dǎo)電能力，使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。

二、電解水制氫行業(yè)現(xiàn)狀分析

在氯堿工業(yè)中副產(chǎn)多量較純氫氣，除供合成鹽酸外還有剩余，也可經(jīng)提純生產(chǎn)普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產(chǎn)。2018年12月9日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授團(tuán)隊(duì)和高敏銳教授團(tuán)隊(duì)合作，研制出一種高性能低成本的新型三元納米片電催化劑。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表了該研究成果。

氫氣屬于可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，整體需求持續(xù)增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)多年的工業(yè)積累，我國(guó)已是世界上最大的制氫國(guó)，根據(jù)數(shù)據(jù)，我國(guó)氫氣產(chǎn)量自2014年開(kāi)始逐年增長(zhǎng)，2021年我國(guó)氫氣產(chǎn)量約3300萬(wàn)噸，2022年中國(guó)氫氣產(chǎn)量3,781萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)14.58%。

全球各國(guó)越來(lái)越重視二氧化碳排放問(wèn)題,2021年，全球能源領(lǐng)域二氧化碳排放量達(dá)到363億噸，同比上漲6%，超過(guò)了新冠肺炎疫情暴發(fā)前的水平，創(chuàng)下歷史最高紀(jì)錄，2021年飆漲的天然氣價(jià)讓燃煤發(fā)電強(qiáng)勢(shì)復(fù)蘇，成為能源領(lǐng)域碳排放量“強(qiáng)勁反彈”的主要原因。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，電費(fèi)成本占比73%，堿性、PEM電解水制氫耗電量為1標(biāo)方氫氣5度電左右，則單槽產(chǎn)量1000標(biāo)方電解槽設(shè)備1小時(shí)耗電量為5000度電，電價(jià)成本為電解水制氫成本關(guān)鍵，設(shè)備成本占比14%，運(yùn)營(yíng)維護(hù)占比5%，財(cái)務(wù)成本占比8%。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國(guó)電解水制氫行業(yè)市場(chǎng)前瞻與未來(lái)投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》顯示：

隨著全球碳排放態(tài)勢(shì)的日益嚴(yán)峻，刺激著電解水制氫行業(yè)市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2022年全球電解水制氫設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為+40億元，隨著技術(shù)的成熟，成本的下降，預(yù)計(jì)2030年全球電解水制氫設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將上漲至2202億元。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，全球電解水制氫設(shè)備市場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，堿性電解占比最重，占據(jù)了95%的市場(chǎng)份額，PEM電解水制氫設(shè)備僅占比5%。

降低成本是目前電解水制氫設(shè)備行業(yè)最主要的發(fā)展方向，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2022年堿性設(shè)備單價(jià)為2000元/KW，PEM電解設(shè)備單價(jià)為5000元/KW，預(yù)計(jì)到2025年，堿性設(shè)備單價(jià)下降至1500元/KW，PEM電解設(shè)備單價(jià)下降至4000元/KW。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)電解水制氫設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局中718所占比最重，占比35%，競(jìng)立占比20%，天津大陸占比15%，天津新氣占比8%，中電豐業(yè)占比11%，其他占比13%。

質(zhì)子膜電解水制氫技術(shù)單位制氫成本對(duì)于電價(jià)敏感性略低于堿性水電解槽制氫技術(shù)，當(dāng)電價(jià)為0.35元/KWh時(shí)，電力費(fèi)用成本占比高達(dá)63.2%，單位制氫成本為28元/kgH2;當(dāng)電價(jià)為0.1元/KWh時(shí)，電力用成本占比為329%，單位制氫成本下修45%為154元/kgH2。

隨著制氫裝備性能提升、成本下降，我國(guó)制氫設(shè)備自主技術(shù)創(chuàng)新呈現(xiàn)加速發(fā)展勢(shì)頭，將進(jìn)一步促進(jìn)綠氫產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。上海氫晨新能源科技有限公司、海德氫能等上游制氫企業(yè)相繼發(fā)布新一代電解槽產(chǎn)品，在功率、性能及制氫效率等方面均有提高。

三、電解水制氫行業(yè)未來(lái)發(fā)展方向及前景預(yù)測(cè)

2022年3月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021)》，明確了氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)方向，將氫能產(chǎn)業(yè)上升至國(guó)家能源戰(zhàn)略高度，刺激著電解水制氫設(shè)備行業(yè)快速發(fā)展。

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