利用丰富的海水代替淡水作为电解液有望解决淡水消耗的问题。由于海水的中性、缓冲能力弱和高氯离子浓度特点,直接分解未经处理的海水仍然是困难的。迫切需要新的科学技术发展来指导电解海水以实现可持续产氢。实现工业规模的制氢是终目标,因此,设计能达到高电流密度的高效、稳定的电解海水催化剂尤为重要。此外,海上风电、潮汐和光伏技术具有丰富的资源和广阔的前景优势,有望成为未来绿色能源的支柱。海上风电具有风速高、静默期短、节约土地资源等优点,但也存在着建设成本高、能源利用率低、交通困难等问题。沿海地区太阳能资源丰富,可以充分利用水的反射光,提高发电量。与地面光伏相比,可增加5%-10%,但也存在投资成本高、环境影响大等问题。因此,海水制氢、海上风电、海洋潮汐发电和海上光伏发电都需要以技术创新的突破为基础,并与未来能源发展的趋势相结合。其优点是简单易用,可以用于小型化应用,并且获取的氢气纯度高,可以达到99.999%以上。乌兰察布PEM电解水制氢设备销售
强碱性溶液作为电解液生产氢气的工艺在20世纪中期被工业化。虽然其成本相对较低,但许多研究发现,使用碱性溶液作为电解质的过程消耗大量淡水资源,碱液易流失和腐蚀、能耗高,与可再生能源发电的适配性较差。新兴的碱性AEM技术因其高效、低成本的优势作为下一代碱性电解技术的发展方向而受到关注。它可以实现比PEM技术和SOEC技术同等甚至更高的电解效率,并降低了整体成本。然而,目前的阴离子交换膜有一定局限性,未来AEM技术的突破点可能是开发高稳定、长寿命的阴离子交换膜。目前,国内外对碱性溶液作为电解质技术的研究主要集中在寻找耐腐蚀的膜电极材料和合适的催化剂上。青岛小型电解水制氢技术固体氧化物电解水制氢设备可以实现高温、高效率的制氢过程,并且具有较高的稳定性,但是设备成本较高。
水电解制氢中一般要求运行在稳定或接近稳定的电力输入下以保障整体性能和可靠性,而可再生能源包括风和太阳能具有波动性的天然特征,这导致可再生能源电力无法完全用于制氢,不利于实现可再生能源的有效利用。目前碱性电解槽表现出一定的波动性负荷跟随能力,如允许在 30%-110%比例的额定制氢功率区间内运行,但缺乏长期的示范验证。尤其是当输入电力波动性变化时,电解槽内温度、电位等参数发生瞬态变化,水或碱液等传质响应滞后,导致局部高温或高电势,可能对电极、隔膜等材料造成不可逆损害,从而影响制氢性能,削减电解槽寿命。基于波动性对电解槽的工况-材料-结构-性能影响规律,进行正向设计开发,研究缓解策略,提升电解槽抵抗电源波动能力,从而增加可再生能源利用率,对于降低电解水制氢成本、推动规模化应用具有重要意义。
在政策及市场需求带动下,近几个月来,电解水制氢设备相关新产品不断推出。今年6月,中船派瑞氢能鄂尔多斯首台套2000Nm3/h电解槽在伊旗正式下线;同月,宏泽(江苏)科技股份有限公司和宏泽海槿(江苏)氢能源科技有限公司在江阴市临港开发区发布了100-2000Nm3/h的Hz系列碱性水制氢电解槽,并同时下线了我国首台2000Nm3/h常压碱性水制氢电解槽,寿命可达20年以上。7月,氢晨科技发布自主研发的兆瓦级大功率质子交换膜电解槽,单槽额定制氢量250标方/时,可在5%-150%的宽功率输入范围内稳定运行。海德氢能也于近日推出碱性电解制氢系统“氢舟”,额定直流电耗在4.0-4.3kWh/Nm3,实现20%-110%的负荷范围。PEM电解水制氢技术目前设备成本较高。
阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)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。电解水制氢的基本原理是在直流电的作用下,水分子在电解槽中被分解成氢离子和氢氧根离子。枣庄专业电解水制氢设备
国内大多数工业级可再生能源电解水制氢应用项目仍然以碱性水电解为主。乌兰察布PEM电解水制氢设备销售
“需要注意的是,制氢并不是新兴技术,在化工领域的制氢应用由来已久且技术并不难。但目前,新能源发电行业快速规模化发展,带动整个绿氢行业新场景、新需求陆续出现。”海德氢能源(江苏)科技有限公司副总经理胡骏明对《中国能源报》记者表示,如绿电制氢的出现对制氢技术提出更高要求。“目前,制氢项目规模持续扩大,兆瓦级甚至吉瓦级的项目未来也会越来越多,单槽制氢规模需求及制氢效率要求提升。”胡骏明指出,另外,绿电设备对绿电间歇性、波动性的灵活适应能力更为重要,同时也对系统的可靠性和易维护性有更高要求。乌兰察布PEM电解水制氢设备销售