三种制氢路线:“成本”短期制约,“可持续”长期。氢气制备方式主要包括化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三类。其中电解水制氢是利用水的电解反应制备氢气的技术,可再生电力制氢称为“绿氢”,是零碳排、可持续的“路线”,但目前成本仍是制约其普及的瓶颈因素,其规模化应用需要产业链各环节推动降本。影响单位制氢成本的主要因素包括电价、单位电耗、设备单价、运行寿命等因素。随着后续风光发电LCOE下降、电解槽量产降本、效率提升和寿命增加,电解水制氢成本有望逐步接近工业副产氢甚至煤制氢,实现经济性。电解水制氢的原理非常简单,就是水在电解槽中发生电解反应,产生氢气和氧气。巴彦淖尔工业电解水制氢技术
电解的本质:电能推动电解质溶液中的水分子在电极上发生电化学反应,生成氢气与氧气。理论电量:根据法拉第定律,电极反应产物的质量与通入的电量成正比,制取1Nm3氢气和0.5Nm3氧气需要的电量为2390Ah,即1mol氢和0.5mol氧的理论电量为53.6Ah。电压要求:要进行电解,必须在一对电极上加上一定的直流电压,使电流流过电解槽。U=E+IR+ηH+ηO(操作电压=水的理论分解电压+电解电流x电解总电阻+氢超电压+氧超电压)。总电阻电压IR(欧姆损失)由V液、V隔、V极、V接共同组成,当电解材料良好时,操作正常时,后3项影响很小,所以,操作电压主要包括理论分解电压、超电压和电解液电压损失。极间电压或小室电压,一般为1.8~2.5V。兴安盟附近电解水制氢技术电解水制氢作为目前绿氢制备手段之一,备受世界各国关注。
主流电解水制氢技术碱性电解水制氢:技术成熟,已商业化,但存在电流密度低、气体交叉混合等问题。通过采用微间隙或零间隙结构可提升效率,未来应开发低成本非贵金属催化剂。质子交换膜电解水制氢:具有高电流密度、高气体纯度等优点,但成本高、材料腐蚀问题突出。研究聚焦于开发非贵金属催化剂,降低成本并提高材料耐腐蚀性。阴离子交换膜电解水制氢:成本效益高,但处于起步阶段,膜材料性能和设备应用有待探索。未来需优化非贵金属催化剂,开发新型纳米结构材料。固体氧化物电解水制氢:高温下效率高,但稳定性和耐久性不足。研究重点是开发新型材料和催化剂,解决高温下的稳定性问题。
水电解制氢有不同的类型,主要根据使用的电解质和传导的离子种类来区分。常见的有以下几种:-质子交换膜(PEM)水电解:使用固态聚合物膜作为电解质,传导H +离子。具有高效率、高纯度、低温度、低压力等优点,但也有成本高、寿命短、易堵塞等缺点。-碱性水电解:使用液态碱性溶液(如NaOH或KOH)作为电解质,传导OH -离子。具有成本低、寿命长、稳定性好等优点,但也有效率低、纯度差、高温度、高压力等缺点。固体氧化物(SOEC)水电解:使用固态陶瓷材料作为电解质,传导O 2-离子。具有高效率、高纯度、可逆性等优点,但也有成本高、寿命短、高温度(700~800℃)等缺点。碱性电解水技术是电解水技术中发现得早的,也是目前电解水技术中成熟的。
水电解制氢是利用电能将水分解为氢气和氧气的过程,可以用下面的化学方程式表示:2H 2O ----->2H2 + O2水电解制氢需要一个电解槽,其中有两个电极(阳极和阴极),分别连接到电源的正负极。水在电解槽中充当电解质,可以传导电流。当通电时,水在阳极发生氧化反应,生成氧气和正电荷的氢离子(H +)。而在阴极发生还原反应,氢离子与负电荷的电子(e -)结合生成氢气。具体的反应如下:阳极反应:2H 2 O -----> O 2 + 4H + + 4e -阴极反应:4H + + 4e - 2H 2水电解制氢的效率取决于所需的电压和实际消耗的电能。理想情况下,水电解制氢只需要1.23 V的电压,这是水分解为氢气和氧气所需的**小热力学势差。但实际上,由于电极材料、电解质、温度、压力、反应动力学等因素的影响,水电解制氢需要更高的电压才能进行,一般在1.8~2.4 V之间。因此,水电解制氢的效率一般在50~80%之间。目前,电解水制氢技术已经得到了广泛应用,并且随着技术的不断发展。呼和浩特pem电解水制氢进展
绿氢价格受电价、设备成本、运行成本、绿氢市场及政策等影响,目前与蓝氢相比仍不具优势。巴彦淖尔工业电解水制氢技术
电解水制氢:电解水制氢中,电耗和折旧构成其主要成本。估算基准情形下碱性和PEM电解水制氢单位成本分别为21.85和25.29元/kg,电耗成本分别占总成本的86%和70%。从产能布局来看,中国和欧洲企业产能规模,主要参与者积极扩产。从出货规模来看,考克利尔竞立、派瑞氢能和隆基氢能居国内企业梯队。GGII统计,2022年我国电解水制氢设备出货量722MW(含出口同比增长106%。考克利尔竞立出货230MW,排名维持。目前全球氢气生产以化石燃料制氢为主,清洁制氢存在替代空间。未来清洁制氢方案将成为主要增量,电解水制氢产量将从2021年的不到4万吨大幅增长至6170万吨;耦合CCUS的化石燃料制氢产量将从2021年的60万吨增长至3300万吨,清洁制氢方案将成为主流。巴彦淖尔工业电解水制氢技术