未来网2024年10月13日发布:电解水制氢主流技术实现突破

目前，碱性电解水、质子交换膜电解水（PEM）、固体氧化物电解水（SOEC）制氢为三种主流电解水制氢技术。其中，碱性电解水技术最为成熟，已能够实现大规模制氢应用，目前国内已实现兆瓦级制氢应用。PEM制氢在过去十年发展迅速，相比于碱性电解水工艺，其占地面积较小，与可再生能源的适配度更高，国内目前已实现规模较小的商业化运作。川财证券研究指出，SOEC制氢的主要特点是工作温度高、效率高、蒸汽替代液态水，且可以反向运作，充当燃料电池，目前国际上已实现商业化，但规模落后于碱性和PEM电解水制氢。

“碱性电解水制氢与PEM制氢的较快发展得益于有一定的产业基础作支撑，如碱性电解槽原先用来制氧，随着制氢产业发展及氢气需求加速增长，碱性电解槽开始用于制氢环节。”资深从业者郑贤玲对记者表示，“SOEC加速发展是业内所盼，这一技术路线解决了电解槽的污染、体积大、效率不太高、贵金属成本等问题，如今SOEC已正式走出实验室，对于产业而言是重要的一步。”

佛山环境与能源研究院上海事业部部长邬佳益认为，虽然相较碱性电解水和PEM，SOEC发展进程较慢，但目前主流电解水制氢方式各有其优势，也分别适用于不同的应用场景。“同时，对产业而言，技术的不断更新迭代是大势所趋，现在的技术能否适应未来的发展值得关注。因此，多元化的技术路线同时发展将更好更快适应未来应用场景、商业模式等的快速变化，最终利好产业发展。”

降本增效优势显著

开源证券研究指出，SOEC拥有不使用贵金属催化剂、余热温度高、能量转化效率高等优势，可适用于制氢、热电联产等应用场景，是实现我国碳达峰碳中和目标的重要发展方向。

据上海翌晶氢能科技有限公司总经理刘青介绍，在电解水制氢的成本构成中，电费占比80%、折旧占比10%、运营维护10%，因此，降低电费成本成为电解水制氢降本的关键因素，而SOEC高效优势将引领绿氢技术降本。“数据显示，SOEC系统的电解效率超过84%，与工业余热回收结合，能进一步降低电耗达10%，比碱性和PEM电解省电28%。”

关于降本问题，刘青表示，现今，SOEC降本速度已远超预期，预计到2023年，成本可降为1万元/kW；2025年有望下降到5000元/kW；至2030年，成本将为1000元/kW，相较2023年下降90%。

“目前，氢气生产大部分是以化石燃料为主的灰氢，或通过碳捕集和封存技术来减少碳排放制取的蓝氢，由清洁能源和可再生能源制取的绿氢所占比重则不足千分之一。”国家能源局原正司级巡视员、中国投资协会能源投资专委会会长孙耀唯表示，采用先进高效的SOEC技术生产低排放、高效率的绿氢是未来氢能产业上游优化供给的关键课题。SOEC技术因电价降本空间扩大而表现出更明显优势，将成为助力工业无碳化的关键一环。

产业链需进一步完善

2022年3月出台的《氢能产业发展中长期规（2021-2035年）》明确提出，要合理布局制氢设施，推进固体氧化物电解池制氢等技术研发。在政策方向指引下，SOEC技术迎来更多发展前景。但需要注意的是，目前SOEC相关产业链尚不完善，在产氢规模、运行时间等方面符合商业化运行的SOEC产品仍较少。

具体来看，SOEC设计开发风险大，对材料性能要求高。邬佳益指出，相比碱性电解水和PEM，SOEC技术壁垒更高。SOEC电解水制氢过程中工作温度高，对很多材料的耐温性和耐腐蚀性提出更高要求。“要实现材料在高温下具有较好热稳定性和化学稳定性，不同组件间的热膨胀系数匹配，同时保证材料成本尽可能低，行业还需要持续技术攻坚。”

产业链不完善也成为制约SOEC发展的重要因素。邬佳益表示，由于SOEC发展相对较晚，产业链基础不完善，行业内相关企业很少，造成产业发展速度较慢。“目前，SOEC还没有完备的供应链，举例来说，如果企业想要购买或者缺少某个零部件，可能根本找不到厂家。”

刘青表示，氢能产业将是能源低碳化转型的主旋律，SOEC作为未来单位制氢成本最低的技术解决方案之一，必将成为绿氢迈向大规模应用的主要抓手和推动力。期盼业内上下游各企业通力合作，打造一个更加完善、更有韧性的SOEC生态产业链体系，将绿氢产业做大做强。