万亿氢能赛道 榜首重门已推开

有了大规划的扶持和补助，信任氢能的商用时刻一定会早于预期。

3月23日，国家动力局、国家发改委联合印发《氢能工业展开中长时刻规划（2021-2035年）》。文中明确提出，氢能是未来国家动力体系的重要组成部分，充分发挥氢能清洁低碳特色，完结绿色低碳转型，将氢能工业作为战略新兴工业和未来要点工业。

此外，《规划》提出了氢能工业展开各阶段方针：到2025年，根本把握中心技能和制造工艺，燃料电池车辆保有量约5万辆，布置建造一批加氢站，可再生动力制氢量到达10-20万吨/年，完结二氧化碳减排100-200万吨/年。

到2030年，构成较为齐备的氢能工业技能创新体系、清洁动力制氢及供应体系，有力支撑碳达峰方针完结。到2035年，构成氢能多元运用生态，可再生动力制氢在终端动力消费中的份额显着进步。

受此利好音讯影响，氢能概念股在二级商场掀起来涨停潮。

对工业有所了解的朋友们应该知道，自2016年氢能工业归入国家动力战略以来，我国氢能工业高速展开，在工业链各环节已初具雏形，完结了从0-1的进程、正在迈向从1-N的路途。

依据我国氢能联盟的估计，2020年至2025年间，我国氢能工业产值将达1万亿元，2026年至2035年产值到达5万亿元。能够说，氢能未来的远景就是星斗大海。

当然，现阶段工业链各技能环节依旧存在着许多需求攻关的技能，比方液态氢储运，IV型储氢瓶，大型加氢站、电堆本钱等等。

在这些问题之上，还有一个问题，假如无法处理氢能工业推进便无从谈起。

这个环节就是推进氢能工业进程所面对的榜首重门——制氢。

01

深度脱胎靠绿氢

跟着氢能常识的逐渐遍及，人们对氢能焚烧高效无碳的长处遍及承受，对氢能的工业链也有所了解。

确实，能效上来看，氢气的热值约为140MJ/kg，高达煤炭、汽油等传统燃料的3倍以上。

储量上来看，氢是国际中含量最多的元素，大约占有国际质量的75%，地球上丰厚的水资源中蕴含着很多可供开发的氢能，未来是获取最便当和本钱最低的动力之一。

与之相反，锂电池的金属资料本钱，如锂和钴则在电池全体本钱中占有了很大份额，且相对稀缺，价格昂扬。

电池出产进程中要运用很多锂、钴、镍等金属资料，其出产进程中，金属资料的挖掘、出产加工都会产生很多能量耗费和碳排放，归于锻炼、化工工业。

而氢气直接焚烧或经过燃料电池发电的产品为水，能够完结真实的零碳排放，对环境不形成任何污染。故而氢能被称为终极动力。

依照工业链由上到下的次第，氢动力工业链能够分红三段，上游是氢出产与供应；中游，是燃料电池及中心零部件，而它的下流，则是燃料电池运用。

现阶段较为老练的制氢的技能道路有三种：一是以煤炭、天然气为代表的化石动力重整制氢，俗称蓝氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢，俗称灰氢；三是电解水制氢，俗称绿氢。

化石动力制氢为我国现在干流的制氢方法，而依据可再生动力的电解水制氢计划的碳排放最低。

前两者出产氢气的技能无法脱节对传统动力的耗费，尽管经过碳捕捉与封存技能（CCS）可有用下降化石动力制氢进程中产生的碳排放。但长时刻来看，只要可再生动力电解水制备的“绿氢”才干完结真实的零碳排放。

我国是国际上最大的制氢国，年制氢产值约3300万吨，其间，能到达工业氢气质量标准的约有1200万吨。可再生动力装机量全球榜首，在清洁低碳的氢能供应上具有巨大潜力。

在未来，经过电解水能够将充足的可再生动力转化成绿氢，为修建、交通、工业等高排放部分供应清洁环保的绿色质料和燃料，然后削减化石动力的运用，有用削减碳排放。

因而，未来绿氢的大规划出产，才是氢能工业完结深度脱碳的首要任务。

不过，实践展开道阻且长。依据IRENA的测算，全球仅有4%的氢气来自电解水制氢，其他均来自煤炭、天然气以及石油炼化范畴。

未能大规划推行的原因在于本钱，电解水制氢的本钱远远高于化石动力本钱。

但是跟着光伏、风电的进一步降本，到2030年国内部分可再生资源优势区域，其度电本钱到到达0.1-0.15元/KWh，绿氢本钱逐渐下降到14元/KG左右，完结与灰氢平价。

具有深度脱碳特点的绿氢无疑是更好的挑选，大规划商用拓宽便随之降临。

02

PEM电解水技能

电解水制氢的根本原理，是水分子在直流电作用下解离生成氧气和氢气，分别从电解槽的阳极和阴极分出，详细可分为碱性水电解、质子交流膜水电解（PEM）、阴离子交流膜水电解（AEM）以及固体氧化物水电解（SOE）四种技能道路。

现在碱性水电解与PEM的工业化程度相对较高。

碱性电解水技能最为老练，其选用氢氧化钾水溶液作为电解质，以石棉为隔阂，别离水产生氢气和氧气。

由所以碱性条件，因而能够运用非贵金属电催化剂，因而电解槽造价本钱较低；但是，难以快速发动和变载，无法快速调控制氢速度，因而与可再生动力适配性较差。

从技能视点看，PEM电解水技能具有一起优势，许多新建项目开端转向挑选PEM电解技能，近年开端取得较多的商场份额。

相较碱性电解水技能，PEM电解选用纯水电解，无污染、无腐蚀；其次，质子交流膜具有更高的质子传导性，电解槽作业电流可大大进步，然后进步电解功率。

一起PEM电解水技能能够供给更宽的负载规划和更短的呼应发动时刻，与水电、风电、光伏（发电的波动性和随机性较大）具有杰出的匹配性，最适合未来动力结构的展开。

近年来，PEM电解水技能的推进逐渐提速。

2015年，西门子和林德气体在德国美因茨动力园区建成其时国际最大PEM电解工厂，额外装机功率达6MW，尔后PEM电解项目数量和装机规划也在不断进步。2020年，法液空完结在加拿大贝坎库尔的20兆瓦PEM电解水项目建造。

国内方面，中科院大连化学物理研讨所、中船重工集团718研讨所等单位正展开PEM纯水制氢设备的研讨与制造。

中石化、三一、隆基和阳光电源等国内新进入者愈加重视PEM水电解制氢。

2021年3月4日，上海电气电站集团与中科院大连化学物理研讨所正式签定“兆瓦级模块化高效PEM电解水制氢设备及体系开发项目协作协议”。

2021年3月18日，阳光电源重磅发布了“SEP50”PEM电解槽。据了解，该产品单槽功率250kW，是国内现在单槽功率最大的PEM电解槽，也是国内首款量产的50标方PEM电解槽。

康明斯中标我国石化首个2.5MWPEM项目。

2022年1月15日，龙蟠科技（603906.SH）全资子公司龙蟠氢动力公司与我国科学院大连化学物理研讨所一起发动PEM电解水制氢催化剂的研制项目。

能够看出来，国内PEM电解项目规划较小，当时国内交给运用的设备大多是小型电解槽。究竟是什么要素限制着PEM电解制氢的推行呢？逐本溯源，咱们需求回到PEM电解槽的构造上。

03

影响PEM水电解制氢推行的瓶颈

PEM水电解槽首要部件由内到外依次是质子交流膜、阴阳极催化层、阴阳极气体分散层、阴阳极点板等。

其间分散层、催化层与质子交流膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反响的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的功能和寿数。

资料来历：《PEM：最具潜力的电解水制氢技能》

在出本钱钱方面，曩昔5年电解槽本钱已下降了40%，但是现在PEM电解本钱投入依旧比碱性电解水至少多一倍。出资和运转本钱仍然是PEM水电解制氢亟待处理的首要问题。

电解槽是电解水制氢体系的中心部分。从本钱构成来看，电解槽在制氢体系总本钱中的占比约为40%-50%。

而质子交流膜是电解槽的中心部分，不只传导质子，阻隔氢气和氧气，并且还为催化剂供给支撑，其功能的好坏直接决议水电解槽的功能和运用寿数，因而在整个设备中至关重要。

差异于碱性水电解制氢，PEM水电解制氢选用具有杰出化学稳定性、质子传导性、气体别离性的全氟磺酸质子交流膜作为固体电解质代替石棉膜，能有用阻挠电子传递，进步电解槽安全性。

质子交流膜制备曾长时刻被杜邦、戈尔等美国和日本少量厂家独占，现在首要运用杜邦的nafion-711和511系列。该系列首要选用全氟磺酸树脂制造，膜厚度是一般燃料电池交流膜的10-15倍，因而全体本钱十分高。

现在，国内东岳、科润等企业正活跃布局，东岳150万平米质子交流膜出产线一期工程已投产，科润100万平米质子交流膜项目也已开工。跟着国内技能的不断打破，国产质子交流膜完结进口代替的空间巨大。

贵金属催化剂方面，PEM膜电极阳极和阴极首要运用铂和铱两种贵金属催化剂。

但是，从上游资源的散布来看，这两种贵金属在国内的储量十分少，首要散布在南非、俄罗斯、南美等区域，一旦PEM制氢大规划运用，国内工业就会面对原资料极度依靠外国进口的供应链危险。

与此一起，国内这两种催化剂的制造工艺和产能水平还无法与JohnsonMatthey等外资品牌比美，国内PEM设备企业进口铂和铱催化剂的需求仍比较显着。

分散层资料方面，现在职业内首要运用烧结毡、钛毡和碳毡等资料道路，其间阳极以钛毡作用最高，阴极首要运用碳毡，为了完结资料与自家工艺的最佳合作，分散层填充资料根本上都是需求定制，这也是表现各家工艺水平的中心环节之一。

尽管现在不少国内企业都有相似的产品在送样测验，但全体的作用和国外同行还有较大的距离。

除了分散层阳极填充资料，双极板、端板等零部件都是运用钛合金资料以避免产生氢脆现象，进步设备全体的安全性。钛合金难加工，对国产企业的加工精度水平也提出十分高的要求。

全体来说，PEM制氢在国内展开方兴未已，需求霸占多个技能环节，要完结大规划商业化，道阻且长。

但是，在未来动力版图中，氢能无疑是一块重要拼图，在国家活跃推进和本钱介入下，完结国产化代替的远景较为达观。

04

结语

在碳中和的布景下，新动力代替传统动力是前史展开的必然趋势。

动力关于一个国家的重要性显而易见。国与国的竞赛从传统动力的抢夺逐渐过渡到新动力建造的竞赛上。

各国政府都在大力支持氢能技能的研制与工业布局，经过密布的扶持方针出台争夺祖先一步。

有了政府大规划的扶持和补助，信任氢能的商用时刻一定会早于预期。

现阶段，首先要做的是推开氢能工业的榜首重门，那就是PEM电解水技能国产化代替。