现在世界上每年消耗的氢气在5000万吨左右,其中96%来自化石能源,*4%来自电解水,而且所用的电也并非全部来自可再生能源。绿氢是统筹解决全球气候变化、能源安全与传统产业转型升级的重要措施,伴随着以绿色低碳为特征的能源产业和技术变革在世界范围内兴起,绿氢发展将不断加速。发展绿色氢能也是促进我国实现“双碳”目标,加快我国发展方式绿色转型的强劲动力。主要表现在:能源维度:利用本土可再生能源制氢,降低化石能源进口依赖,优化能源结构,提升能源自给与稳定性。环境层面:助力各行业脱碳,尤其助力高排放行业达成碳中和,减少污染排放,改善大气质量。经济领域:催生产业链各环节新兴产业,推动传统产业低碳升级,创造大量就业岗位,促进区域协调发展。技术方面:激发多领域技术创新,增强自主创新力,利于国际合作交流,提升国际能源领域话语权。传统的碱性电解槽制氢,主要是以氢氧化钾为电解质。内蒙古附近电解水制氢设备产量
2023年全球电解水制氢项目开始向大型化、万吨级发展。据能景研究统计,2023年1月至12月全球新增建成的电解水制氢项目中,千吨级以上氢气产能的项目数量占比增大,由上一年度同期的约12%提升到了29%。其中,2023年全球至少3项达到了万吨级氢气产能,其中规模比较大的是中国中石化新疆库车绿氢项目,氢气产能约2万吨/年,电解槽装机260MW。另有1万吨/年氢气产能项目2项,分别为中国的三峡集团内蒙古纳日松光伏制氢项目,电解槽装机70MW;巴西比较大氮肥企业Unigel位于卡马萨里的一期绿氨项目(设计产能1万吨/年),电解槽装机60MW。承德国内电解水制氢设备企业在未来的研发中,制氢设备不断迭代升级,有望在能源转型和氢能产业中发挥更为重要的作用。
AEM电解池是组成AEM电解系统的基本单位,多个AEM电解池一起组成了AEM电解模块。大量的AEM电解模块和多个辅助系统一起构成了AEM电解水系统。AEM电解模块与PEM电解槽结构类似,其辅助系统包括氧气处理和干燥系统、水箱、水处理净化系统和交流直流转换器等设备。阴离子交换膜AEM电解池的关键组成部分为阴离子交换膜组,由有机阳离子聚合物骨架和共价附着在骨架上的阳离子组成。阴极材料、阳极材料和阴离子交换膜是AEM电解池的,直接影响着AEM电解池的工作效率和设备寿命。
阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)该技术是指使用质子(阳离子)交换膜作为固体电解质替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(30%的氢氧化钾溶液或26%氢氧化钠溶液),并使用纯水作为电解水制氢原料的制氢过程。和碱性电解水制氢技术相比,PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点,并且,PEM电解水制氢技术工作效率更高,易于与可再生能源消纳相结合,是目前电解水制氢的理想方案。但是由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行,因此设备需要使用含贵金属(铂、铱)的电催化剂和特殊膜材料,导致成本过高,使用寿命也不如碱性电解水制氢技术。PEM电解水制氢技术目前设备成本较高。
电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和辅助系统(BOP)。碱性电解槽主体由端压板、密封垫、极板、电板、隔膜等零部件组装而成,电解槽包括数十甚至上百个电解小室,由螺杆和端板把这些电解小室压在一起形成圆柱状或正方形,每个电解小室以相邻的2个极板为分界,包括正负双极板、阳极电极、隔膜、密封垫圈、阴极电极6个部分。碱性电解槽主要成本构成为:电解电堆组件45%和系统辅机55%;电解槽成本中55%是膜片及膜组件。PEM电解水制氢是指使用质子交换膜作为固体电解质,并使用纯水作为电解水制氢的原料的制氢过程。巴彦淖尔小型电解水制氢设备价格
PEM电解水制氢系统由PEM电解槽和辅助系统(BOP)组成。内蒙古附近电解水制氢设备产量
阴离子交换膜电解水技术(AEM)AEM是较为新兴的电解水制氢技术,尚处于研发阶段。备受关注的原因是其采用阴离子交换膜作为电解质,将ALK的低成本和PEM简单、高效的优点相融合。现阶段的研究重点阴离子交换膜材料开发和机理研究,主要以国外大学,国家实验室等科研机构主导(如NortheasternUniversity,LosAlamos,UniversityOregon,GeorgiaTech等)。其与PEM的根本区别在于将膜的交换离子由质子换为氢氧根离子。氢氧根离子的相对分子质量是质子的17倍,这使得其迁移速度比质子慢得多。AEM的优势是不存在金属阳离子,不会产生碳酸盐沉淀堵塞制氢系统。AEM中使用的电极和催化剂是镍、钴、铁等非贵金属材料,且产氢的纯度高、气密性好、系统响应快速,与目前可再生能源发电的特性十分匹配。但AEM膜的机械稳定性不高,AEM中电极结构和催化剂动力学需要优化。AEM电解水技术处于千瓦级的发展阶段,在全球范围内,一些研究组织/机构正在积***力于AEM水电解槽的开发,为了扩大这项技术的商业应用,仍然需要一些创新与改进。内蒙古附近电解水制氢设备产量