自2020年“双碳”目标提出，我国氢能产业不断升温，制氢（绿氢制取为主）成为巨大机遇。国家发展改革委和国家能源局2022年联合印发的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》提出，重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢。绿氢是由可再生能源制备的氢气，制取过程不产生任何碳排放。其中，电解水制绿氢是一项不可或缺的技术。
在未来30多年里，绿氢的产能将出现成百上千倍的增长——2021年，我国年制氢产量约3300万吨，其中仅1%通过电解水制取，使用可再生能源制备的绿氢更是极少；到2060年，“碳中和”愿景下，我国氢气年需求量有望增至1.3亿吨，其中70%为绿氢。
风口已至，群雄逐鹿，如何发力？
在浦东张江科学城东区，清耀（上海）新能源科技有限公司（以下简称“清耀新能源”）总经理高慧峰表示，“上海在氢燃料电池、电解水核心材料和关键技术等领域，不仅有着多年的产业经验，也有着很强的科研实力。”他说，上海宜针对产业上游，打造绿氢制取装备的核心技术高地。
电解槽是绿氢制备的核心设备，伴随产业升温，其需求量正快速上涨。
走进清耀新能源，在一栋有着标准化工业厂房的办公楼里，500标方的圆型电解槽被竖了起来，工人们将直径2米的隔膜拉直，与垫片、双极板和电极贴在一起，然后从上往下放置到电解槽里。这样的操作要进行200次，直到电解槽的腔室内安装下200套这样的组合。每一个由隔膜、垫片、双极板构成的“房间”，构成了电解槽最小的功能单位——小室。
“就是在这样一个个小室里，水被电解成了氢气和氧气。”高慧峰说。H₂+O₂→H₂O是我们都很熟悉的化学反应，它在通电条件下将发生可逆反应，即水被电解成为氢气和氧气，这就是电解水制氢。如果用太阳能、风能、水能等可再生能源提供的电能进行电解，这就是电解水制绿氢。
清耀新能源这台重30吨的电解槽属于技术最为成熟、设备成本最低的碱性电解槽。针对大规模产业化制氢，碱性电解槽是当前主要装备。全球碱性电解槽2022年累计装机量为727MW，占电解槽总装机规模的52%。
我国碱性电解槽赛道竞争激烈，有近200家生产商。尽管绿氢是必然发展趋势，若要大规模推广，企业仍需在技术上进一步发力。
“碱性电解槽行业，入局容易，做好很难。”高慧峰说，“这种电解槽结构上很简单，只要找几张电解槽的图纸，或是联系下电解槽上游零部件供应商，将各种材料买回来，装配叠加在一起，就能拼接成一个电解槽。但这些槽的安全性、可靠性、能耗就千差万别了。事实上，如果没有成熟的设计经验和长时间对工艺的摸索，用同一批材料、相同工艺，都很难制作出性能一模一样的电解槽。”
业内人士指出，基于新能源电力的新应用和新场景，电解水制氢急需快速的技术提升和变革。“现在，碱性电解水制氢面临很多问题，包括电极的衰减、镀层的脱落、隔膜的磨损和密封的失效等。而且，效率衰减也比较大，维修很不方便，要拉回厂家进行维修等。”高慧峰表示。
与国内产品相比，国外碱性电解槽在隔膜、电极，以及设计上，采用了更为先进的技术。例如，在PPS（聚苯硫醚）隔膜基础上，涂敷其他材料成为复合新材料，使其有更好的阻气性和更低的面电阻；在电极基材上喷涂高性能催化剂，提升化学活性，提升单位产氢效率；在结构上，根据复杂的流体力学，设计出能让氢气“产得快、跑得快”的导气通道……
当氢能源成为我国未来能源结构中不可或缺的一环，无论是核心设备还是关键材料，都要实现从无到有的突破。“这也是我们一直坚持技术创新的原因所在。”高慧峰表示。
大型电解槽正在成为绿氢项目中的制胜关键
2022年11月，清耀新能源发布首款500标方的碱性电解槽，其电流密度为每平方米3000安，属于行业平均水平。2023年，公司迭代了新一代产品，通过改用高效催化剂电极提升性能，将电流密度提升到每平方米6000安，使得500标方电解槽的产氢量提升了1倍。
“多年的研发沉淀和正向开发路径，让我们能够更快地进行产品升级。”高慧峰透露，公司计划今年推出新型隔膜技术的三代产品，进一步提升产品性能。
随着国内绿氢示范项目纷纷落地，以及在可预见的未来将有更多大型绿氢项目诞生，电解槽将面临大型化的挑战。
“在能源大发展趋势下，制氢装备大型化是必然趋势。”同济大学新能源汽车工程中心副主任张存满表示，“碱性电解水制氢要围绕制氢装备的成本、效率、寿命等方面展开技术攻关。设备大型化能够带动降本增效，意味着在低能耗和高稳定性条件下，可以实现更大规模绿氢生产。”
高慧峰说：“依托股东方技术资源优势，我们正在基于市电、光伏和电化学储能，全方位搭建500标方制氢全场景综合应用示范系统，这是我们进行产品实测和工程化应用的重要举措。我们将与合资双方股东共同培育‘风光发电+氢储能+氢输配’一体化应用新模式，将发展碱性电解槽技术作为公司未来进入绿氢产业的重要发展战略。”
越来越多的氢能企业认识到，面对绿氢应用场景的多样化，很难用单一类型的电解槽“包打天下”。要实现制氢装备大型化，不仅仅可以通过尺寸放大的路径，模块化集成也可以达到同样的目的。
清耀新能源在持续完善大型碱性电解槽等制氢设备的同时，已经构建完成了交通、工业、储能和发电四大领域的解决方案模型，赢得了一批商业订单。随着“双碳”目标推进，未来“绿电+绿氢”有望成为深度脱碳的重要解决方案。
“我们把浦东乃至上海作为企业的研发、集成中试的基地，并设置中央生产制造基地，开展核心技术的研发和核心零部件的生产制造。根据市场的区域分布，在项目集聚地设置组装中心，就近提供成套产品和服务。”高慧峰说，“我们要用上海的技术和创新去赢得国内外绿氢制备市场。”
转载自：浦东发布官方微信
