我国绿氢制备关键技术研发提速

作为可再生能源利用的重要方向之一，我国绿氢产业正处风口。

　　从两年前国家发改委、国家能源局印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确氢能的能源属性和国家能源体系组成部分的角色定位，到两年间能源企业加速研发、加码项目布局，氢能始终保持着投资热度和市场关注度。

　　产业发展离不开多维度的持续创新，国家层面的规划亦有部署——聚焦短板弱项，适度超前部署一批氢能项目，持续加强基础研究、关键技术和颠覆性技术创新，建立完善更加协同高效的创新体系，不断提升氢能产业竞争力和创新力。

　　《中国能源报》记者了解到，近年来，我国氢能产业相关技术取得较快发展，但当前，可再生能源电解水制氢技术面临多重挑战，不同技术路线也都存在短板。为此，产业链相关企业正加大攻关力度，尽力加快绿氢制备关键技术研发进程。

　　■ 助力多领域深度脱碳

　　作为一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，氢能对构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。在能源属性方面，通过可再生能源电解水制氢，可加快构建新型电力系统；在物质属性方面，氢能可作为零碳燃料、高温热源、零碳原料，助力交通、工业、建筑、化工等领域深度脱碳。

　　公开数据显示，目前我国对氢气的需求总量约为3300万吨，保持着供需平衡，其中超过95%的氢气用于石油炼化、合成氨等产业。目前，我国氢气主要来自煤制氢，电解水制氢占比不足1%。根据中国氢能联盟预测，到2050年，我国氢气需求量将接近6000万吨，绿氢占比将提升至70%，氢能在终端能源体系中的占比将超过10%，产业链年产值达到12万亿元。

　　“‘双碳’目标共识下，深度脱碳成为当前氢能发展的第一驱动力。”阳光氢能科技有限公司解决方案总监龙翔飞指出，氢能将可再生能源从电力引向工业、交通、建筑等领域，有利于拓展可再生能源的消纳途径。同时，氢还有储能功能，可提供大规模、长周期、跨季节调峰能力，增强电网稳定性，从而提升电网对可再生能源的消纳能力。

　　相关统计显示，2023年我国绿氢项目规模持续扩大，仅四季度公开的项目规模就达6.27GW，全年累计项目规模超20.7GW，申报项目以绿氨、绿色甲醇、烯烃、绿色航油等工业用途为主，也有部分氢能交通、氢储能示范项目申报。

　　■ 不同技术各有长短

　　值得注意的是，风光等可再生能源发电的波动性、间歇性以及随机性，给电解水制氢技术带来不少挑战。

　　据了解，目前电解水制氢主要包括碱性电解水制氢、质子交换膜（PEM）电解水制氢、高温固体氧化物电解水制氢（SOEC）三种技术路线。其中，碱性电解水制氢技术成熟度最高，已充分商业化，也是目前国内主流应用的技术，占国内绿氢项目95%以上的装机份额；PEM制氢技术处在商业化前期阶段，SOEC技术仍处于实验室或示范阶段。

　　具体来看，上述三种技术各具优势和短板。比如，碱性电解水制氢技术单槽规模较大，最大超过1000Nm3/h，单位成本低，但单位电耗相对较高，且动态响应能力不足；PEM制氢技术单槽最大规模能达到500Nm3/h，动态响应能力较强，但设备成本较高，约为碱性电解槽价格的三倍以上；SOEC制氢技术单槽最大规模小于10Nm3/h，效率较高，但系统寿命较短。

　　华能清洁能源技术研究院氢能技术部主任王金意认为，碱性电解水制氢在设备大型化方面具有优势，但低电耗和高功率仍是攻关方向。“PEM制氢技术动态响应能力强，但成本有待降低，SOEC技术具有明显的能效优势，但寿命问题亟待解决。”

　　■ 企业发力攻克关键技术

　　“为适应大规模可再生能源制氢，电解槽大型化、降低制氢电耗、提高运行调节范围、提高寿命是技术发展趋势。”王金意表示，核心材料的基础研发在PEM电解槽实现低电耗、耐高压和大型化过程中扮演着关键角色。

　　《中国能源报》记者了解到，在SOEC制氢技术上，目前国内单电池和电堆基础研发已达到国际先进水平，但系统集成能力不足，高温气冷堆核电站的投运为应用示范带来良好契机。另外，阴离子交换膜（AEM）电解水制氢技术融合了碱性电解水和PEM电解水的技术优势，作为新兴技术，已成为欧美国家的研发热点。未来，一旦突破AEM和高活性非贵金属催化剂等关键材料瓶颈，有望显著提升电解槽性能、降低电解槽制造成本，为可再生能源电解制氢产业带来突破性变革。

　　当前，国内相关企业和研究机构均在加快绿氢制备关键技术研发布局。

　　3月20日，中国石化氢能技术重大科技项目——由中国石化（大连）石油化工研究院自主研发、中原油田承建的国内百千瓦级SOEC（固体氧化物电解水制氢项目）电解水制氢项目开工。据了解，该项目施工预期30天，试验周期60天，以高纯氢气安全生产和高效生产为目标，针对百千万级SOEC电解水制氢系统在高温、高湿、涉氢、富氧及微正压环境下稳定运行、健康管控和低能耗展开攻关，提高电堆和材料的运行稳定性。

　　此外，华能清洁能源技术研究院目前已自主研发电催化剂、隔膜等关键材料，掌握电解槽设计、组装关键技术，设备级、场站级制氢系统控制优化与集成等。同时，该院正加强氢能产业链技术及示范，与上游可再生能源动态耦合，拓展下游氢能交通、化工领域多元利用场景，开展全产业链项目规划和示范。

　　阳光氢能科技有限公司于2023年发布可再生能源柔性制氢系统解决方案，通过柔性组网技术、电力电子技术、电化学技术、化工动态技术、能量管理技术等六大核心技术，使制氢更灵活、高效和友好。

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