碱性电解水制氢现状和未来——苏州竞立制氢设备有限公司董事长张碧航

“目前可再生资源电解水制氢占到整个氢能中间的3%，2021年有可能会略高一点，但是比例不大。2030年要达到15%，这就是一个很快的成长空间，到2050年要达到70%。”苏州竞立制氢设备有限公司董事长张碧航在可再生能源制绿氢技术、装备与案例大会上发言。

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张碧航：我从事的工作主要就是做碱性电解水制氢，碱性电解水制氢有比较长的历史了，碱性电解水制氢在现在的可再生能源生产绿氢的过程中，担当了很重要的角色，今天我主要讲一下碱性电解水目前的现状和发展的趋势。

公司情况，我们原来是苏州竞立，2019年我们和比利时的考克利尔合资，我们叫考克利尔竞立，生产的产品完全和苏州竞立一样，我们主要是国际市场。

应用方面，我们这个行业为什么能够存在这么几十年，我到现在做了30年了。为什么我们能够存在？工业生产中间，应该说非常广泛，谈到氢能觉得氢能是不是一个新东西，其实氢能跟原来的工业应用是一回事。我们在工业应用中间主要是八大行业，这八大行业中间现在看来重点应该是两个，一个是化工，一个是冶金，今后是在双碳目标下是最有发展潜力的行业。

能源应用方面，目前说的主要是可再生能源，可再生资源应该是风光水，这些方面目前为止要生产绿氢唯一的途径就是电解水。其他的生物制氢、太阳能制氢也好，都还处在前期的研发。所以只有电解水已经是一个比较成熟的技术。电解水产生的绿氢现在目前我们看来，最大的最有发展潜力的就是这四个方面：第一交通、燃料电池车和天然气混氢，第二是氢冶炼，氢冶炼目前要承担减碳任务中的19%，所以也是比较重的。第三就是化工，包括合成氨、甲醇、炼油，石化行业大部分是非绿氢的生产，所以这部分潜力非常大。

从发展趋势情况来看，我们跟国外所走的路径是一样的。现在都是从一开始的小规模的可再生资源制氢逐步地放大，国内在这两年中间现在最大的两个有代表性的项目，就是2020年10月份的兰州液态阳光项目和2021年4月份的宝丰大规模制氢项目，这两个项目具有代表性。前面李博士的报告中间谈到，技术准备期还是市场导入期，这两个期应该是交叉的，现在有很大方面是在技术准备期，但是有很多方面现在已经进入市场导入期。现在正在筹备的项目更多了，大家都看到了中日化在中央电视台对话中强调，中日化要成为世界最大的氢能公司。

目前可再生资源电解水制氢占到整个氢能中间的3%，2021年有可能会略高一点，但是比例不大。2030年要达到15%，这就是一个很快的成长空间，到2050年要达到70%，所以现在大家对绿氢的热情很高，就是冲着它有这么大的广大市场潜力来的。

在发展过程中间，现在电解水来说有两条技术路线，国电投用了PEM，这是一条技术路线，通俗的说法就是纯水制氢，也可以叫酸性制氢，现在比较成熟的商业化的，或者在电解水中间占到95%以上的是碱性。根据彭博财经的分析，2030之前，碱性是主流，碱性和PEM从经济性、技术性，它的规格这些方面来说差别还是挺大的，有的人说PEM和碱性的差别是5倍的差别，有的人说远远不止。我们现在也没有深入调研，但是有一点是肯定的，现在的经济性差别还很大。

市场参与者原来比较弱小，老三家：苏州、718、天津大陆等等，但是新加入者很多，现在的产量满足不了怎么办，我说会放大，现在放大的情况很多。昨天阳光电源3月份宣布的，隆基是昨天宣布隆基的1.5GW产能基地现在已经在建设。国外也是同样，蒂森、旭化成等都进入到碱性制造行列。

目前的技术现状和发展趋势简单介绍一下，从技术层面来说，仅限技术已经相对成熟，我可以负责任地跟大家说，我们的设备运行20年以上的已经非常多，在一千多家用户中间运行超过20年的不下一两百家，技术应该是比较成熟的。性能也是比较稳定的，寿命也是比较长，我们的实际寿命要求10年内不检修，实际运行的寿命可以达到20~30年。设备的成本、运行成本，目前已经降了不少，特别是设备的大型化以后，我们的一千立方米推向市场以后，成本已经下降了不少，但是还有很大的下降空间。我们在不同场合说过，根据目前的技术进步和生产产能提高的情况看，三年内再下降30%完全有可能。能耗方面，现在已经可以达到每4.2~4.8度电生产一个标准立方米的氢气，它的能源效率就是80%，比一般的内燃机要高得多。设备调节范围已经可以达到20%~110%。这就是风电制氢和太阳能制氢，这种具有很大的间歇性和波动性、继续性方面来看，碱性的调节范围已经非常宽了。

发展的趋势情况来看，首先第一就是大型化方面，我们走的是减少电阻、优化电极材料，提高电流密度，从这三方面来努力。我们已经从常规的2千立方米已经提高到4千立方米，接下来提高到6千到8千肯定也是一个必然的趋势，通过电流密度的提高，设备大型化有了很好的基础。这方面我们已经有很多新型结构，比较著名的就是无接触电阻的电解。第二隔膜使用方面，我们也得到了进一步的优化，从原来传统的石棉隔膜，已经走向高效的非石棉隔膜，而且这个隔膜没有瓶颈的影响，完全可以国产化。第三在控制方面，我们现在已经可以做到一键启停，远程控制，这为今后大规模可再生资源制氢，能够实现集约化、大规模化打好了基础。很多人对PEM和碱性的了解，从各个技术参数的了解大家有些模糊，我这里有一个表。西门子的PEM和碱性，西门子是PEM，蓝色的是碱性，从这两个数据来看，应该说能耗等等方面没有大的区别。寿命方面，碱性远远高于PEM，在这些方面大家也可以做进一步的研究。我们现在也在做这方面的研究。第四在动态响应、模块化以及不同电源接入方面，我们现在也正在努力。可再生资源光伏就是直流电，目前传统方法都是直流电到交流电，交流电再到直流电，今后能不能直流电直接到直流电，这些都需要进一步研发的。第五在降低成本方面，主要是在规模化、自动化、智能化方面做努力，所以三年内降低30%的成本应该是有可能的。

最后介绍一下我们的几个案例，一千立方米已经比较成熟了，这里有一个清单，现在市场上已经有55台套一千立方米，我们做了36套，占有率70%。这些项目有的正在安装，有的已经投运，有的已经运行了很长时间。最有名的就是宝丰能源，宝丰能源是纯煤化工企业，通过它的光热制氢，目前已经可以大量地降低煤炭的使用，公开的报道可以降低70万吨煤炭的消耗，可以降低150万吨的二氧化碳的排放。这个项目目前来说是世界最大。在这个项目中，可以看到大型的碱性电解水已经进入商业化的状态。这是去年10月份兰州甲醇液态阳光的项目，2x5MW光伏制氢，15000吨的绿色甲醇，这个已经通过中科院组织的鉴定。华能的风电制氢50立方米我们给它们供的电解水，这个电解水已经通过了两年的模拟实验和现场一年实地测试，效果比较好，这为接下来大规模的风电制氢打好了基础。在现场制氢加氢站方面，我们也有比较丰富的经验。最早2008年北京奥运会，刚才国电投说到谷电制氢，谷电制氢将会成为未来绿氢的重要形式，大连加氢站、青岛院士港加氢站都有碱性电解水在运行，它能够省略氢气的运输，可以省略氢气的储存，现制现加今后会成为主流，汇报到这里，谢谢！

（发言为北极星氢能网根据速记整理，未经本人审核）