在考克利尔能源亚太区总裁、考克利尔竞立(苏州)氢能科技有限公司总经理林立邦看来，低能耗、低成本和大型化是未来电解水制氢设备行业发展的重要趋势，在此过程中，设备关键材料、制造工艺、系统集成等将迎来持续变革，产业标准体系亟待进一步完善。
▲考克利尔竞立准备发货
11月24日，宝丰能源发布公告称，宝丰能源内蒙古“绿氢+”煤制烯烃项目正式获批，该项目将通过电解水制取出绿氢和绿氧，用绿氢替代煤作为原料进行生产。在碳达峰碳中和目标推动下，氢能产业热度不减，我国可再生能源装机规模目前居全球第一，绿氢供给潜力巨大，以绿电制绿氢，促进氢能产业可持续发展成为行业共识。
在政策支持及市场需求带动下，电解水制氢设备市场迎来快速发展。当前，电解水制氢技术如何进一步提升？制氢产业还有哪些问题亟待完善？在考克利尔能源亚太区总裁、考克利尔竞立(苏州)氢能科技有限公司总经理林立邦看来，低能耗、低成本和大型化是未来电解水制氢设备行业发展的重要趋势，在此过程中，设备关键材料、制造工艺、系统集成等将迎来持续变革，产业标准体系亟待进一步完善。
碱性电解水制氢技术
居于领先地位
一组数字即可体现碱性电解槽发展现状。2021年，全球电解槽出货量超过458兆瓦，其中碱性电解槽出货量占比将近70%，约317兆瓦左右。仅考克利尔竞立一家企业的出货量就达到160兆瓦，占全球碱性电解槽出货量的50%左右。预计2022年，全球电解槽出货量大概会超过2吉瓦，碱性电解槽占比提升至75%左右。
林立邦指出，全球范围内，碱性电解水制氢技术可以追溯到100多年前，上个世纪20年代左右，西方国家就已开始将这一制氢技术用于工业产氢。我国碱性电解水制氢技术于上世纪70年代由国外引进，一开始用于军工等领域需求，后来逐渐转到民用，上世纪90年代开始迎来大幅发展。从这个角度看，国内的碱性电解水制氢技术一开始就引进了国外的成熟技术，再加上国内这30年来持续研发，因此，我国碱性电解水制氢技术水平在国际已居于领先地位。
从技术和成本角度看，碱性电解水制氢技术暂时难以被其他技术路线赶超。“碱性电解水制氢在所有制氢路线中，技术最成熟，成本最低，同时也最能够实现产业化。”林立邦表示，现阶段，化工、冶金等领域需要大规模的氢气产能，碱性电解槽产能目前已能做到1000标方/小时到1500标方/小时，相对其他制氢技术来说规模最大，成本最便宜。如我国首个万吨级光伏绿氢示范项目——中国石化新疆库车绿氢示范项目、宝丰能源的电解水制氢项目均采用碱性电解槽。
▲中石化新疆库车绿氢项目4对1系统实证基地航拍图
林立邦指出，虽然另一主要制氢方式——质子交换膜(PEM)电解具有响应速度快的优势，但其成本、寿命仍有待进一步提升。例如，目前质子交换膜仍主要依赖进口，PEM使用的贵金属催化剂导致其制氢成本是碱性电解水制氢的4-5倍，同时，PEM电解槽的寿命只有碱性电解槽的1/4-1/5。由此看来，未来至少8-10年内，碱性电解水制氢将持续成为主流制氢技术。
与此同时，林立邦强调，对于技术本身而言，并不存在互相取代的情况，随着产业的进一步发展，未来应用场景将不断拓宽。需要大规模制氢产能的化工冶金领域将持续采用碱性电解槽制氢，而在分布式能源场景中，如现场制氢加氢站这种氢能产量较小的场景，PEM电解槽将具有独特优势。“行业技术路线应百花齐放，‘双碳’目标下，氢能将成为未来重要能源之一，针对不同应用场景选择不同技术路径是大势所趋。随着各个技术的发展，产业整体成本也将进一步降低，利好氢能产业高质量发展。”
大型化、低成本、低能耗
是产业发展共识
2022年6月1日，国家发改委、国家能源局等9部门联合印发了《“十四五”可再生能源发展规划》，提出推动可再生能源规模化制氢利用，开展规模化可再生能源制氢示范，打造规模化的绿氢生产基地。
现阶段，绿氢替代灰氢和蓝氢是氢能产业的重要市场之一。林立邦表示，传统能源相关企业碳减排压力巨大，石油、炼化、冶金等领域都将是未来我国绿氢市场的需求大户。与此同时，氢能在交通方面的应用也会不断增加。“此外，分布式能源也将成为绿氢重要应用场景，如在机场航站楼屋顶铺光伏板，再配合电解水制氢设备制取绿氢，机场里面的大巴、叉车等交通工具都可进行燃料电池替换，除机场外，上述模式还可应用在大型商场、大型医院等。”
▲考克利尔竞立员工在调试现场
政策激励和市场需求驱动下，我国绿氢未来供不应求的趋势极为明显，实现设备大型化、低成本、低能耗成为产业发展重要共识。记者了解到，在制氢设备大型化方向上，考克利尔竞立已在2017年研制出全球首台套产氢量1000标方/小时的制氢设备，2021年研制出国际首台套1200标方/小时和1300标方/小时电解水制氢设备，未来将积极发力1500标方/小时及以上的制氢设备。
在碱性制氢设备快速向大型化跃进过程中，如何兼顾成本能耗的降低、提升系统集成能力持续考验着整个行业。“以设备大型化为方向，业界都在进行持续研发，1500标方/小时的单台产能还远远不够。”林立邦同时提醒，如果单台设备越来越大，在运行、运输、维修等各方面都会遇到问题，一味增加电解槽体积，最后的边际效应将呈现递减状态。因此大型化并非无止境的一直放大，在此过程中，寻求成本、能耗以及大型化之间的平衡点尤为重要。
在林立邦看来，系统的优化集成是关键。“以多台电解制氢设备集成生产替代单台大体积设备，将更为灵活和方便。在此过程中，提高电流密度、降低能耗、优化结构等，都是系统优化集成的重要着力点。
“事实上，行业内不同企业已经在从不同角度为之努力。以考克利尔竞立为例，去年下线的1300标方/小时的电解制氢设备，由于在增加单台制氢产能的同时，顾及了结构的优化和材料效率的提高，该设备比原先1000标方/小时设备体积还要小25%。”林立邦指出，如果要进一步突破目前技术研发的“天花板”，隔膜和电极等关键材料都有待革新，业界应各显神通、不断创新，持续追求更高效的隔膜以及效能更好的电极。
建立标准体系
为产业提供权威参考
企业不断寻求技术突破外，产业发展也离不开更多维度的支持。林立邦提出，随着碱性电解槽应用规模不断扩大，碱性电解槽相关标准需要不断完善。“与其他工业设备有更明确、统一的标准不同，目前虽然已有部分碱性电解水制氢相关行业标准出台，但还远远不够。”
除此之外，制氢设备相关的产品标准也有待完善。林立邦指出，由于不同客户有不同的需求，把产品标准化可以给行业和客户一个具体明确的参考指标，同时自身产品标准化后，有利于量产步伐进一步加快，整体成本也将迎来降低，对企业和用户而言都是利好。“当前，我国约有100多家电解水制氢企业，但总体而言鱼龙混杂，虽已有中国氢能联盟等氢能行业内较有公信力的组织开始制定电解水制氢相关标准，但整体标准体系的建立和完善仍在路上，需要政府或权威行业协会牵头，制定更加权威、科学的标准体系。”
▲考克利尔竞立生产的碱性电解槽
“‘双碳’目标下，我国绿氢产业未来发展潜力巨大，对产业而言，企业间相互协作尤为重要。”林立邦认为，正常的企业行为外，企业间应加强交流合作，发挥“1+1＞2”的作用，共同推动技术创新。
制氢产业作为氢能全产业链各环节之一，离不开全产业链的共同发力。“整个氢能产业基础应用环环相扣，一方面，整个价值链上的不同产业要有更多的沟通合作，另一方面，在电解水制氢产业、企业间要在竞争中求合作，创造好的产业生态，共同推动制氢技术的快速普及。”林立邦称，在此过程中，需要权威行业协会、大型国企央企或者政府这样有公信力的第三方牵头，为企业沟通交流搭建有效平台，加快推动产业协作。
