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10月13日，2020氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會在河北定州隆重召開，中國船舶集團(tuán)有限公司第七一八研究所制氫工程部副總工、研究員薛賀來就《水電解制氫的現(xiàn)狀和發(fā)展方向》進(jìn)行了主題演講，分享了以水電解制氫為立所之本的七一八研究所近年來研究成果及他個人對氫能未來發(fā)展趨勢的見解。
國內(nèi)制氫現(xiàn)狀
薛賀來首先提到，目前，制氫主要通過化石燃料制氫、水電解制氫、化工過程副產(chǎn)氫氣等幾種方法。但以化石燃料為主要的制氫和副產(chǎn)氣提純氫的方法還都要依托于化學(xué)燃料，依托于一次能源，在制取過程當(dāng)中要排出碳、氮、硫，對環(huán)境有污染。而副產(chǎn)氫則存在雜質(zhì)多問題，未被提純的微量元素，面對主要應(yīng)用市場的交通領(lǐng)域，存在傷害燃料電池的問題。
薛賀來介紹，上世紀(jì)60年代，七一八研究所開始攻關(guān)水電解制氫，直到1985年之前還都是引進(jìn)蘇聯(lián)的技術(shù)，相對來說，國內(nèi)制氫技術(shù)起步晚，跟國際上還是有一定的差距，尤其在電流密度以及電耗上有一定差距，水電解制氫的特點(diǎn)就是氫氣產(chǎn)量小、氣體純度高、雜質(zhì)少、電解能耗高。雖然制氫工藝已極大改進(jìn)，但是相對其他制氫方法還是一個“電老虎”，如何降低水電解成本，提高效率，降低能耗仍是需要加大力度研究的課題，需要國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)者共同努力。
關(guān)鍵部件急需國產(chǎn)化
薛賀來著重指出，目前，在水電解技術(shù)市場主要應(yīng)用的是以25%到30%的氫氧化鉀進(jìn)行電解，每個小時單排放制氫1500度的堿性水電解，還有就是純水電解制氫，但該技術(shù)剛在市場興起，還是存在產(chǎn)氫量不大的問題。
PEM制氫（質(zhì)子交換膜電解水制氫）的優(yōu)勢，是氫氣純度非常高，不需要任何存放直接可以進(jìn)入燃料電池，目前從電耗上，PEM電解槽沒有什么優(yōu)勢，成本方面，PEM電解槽是堿性槽體的多倍。同時，質(zhì)子交換膜是PEM水電解制氫的關(guān)鍵部件，現(xiàn)國內(nèi)已有企業(yè)研制質(zhì)子交換膜，并在復(fù)合質(zhì)子交換膜工程化方面取得了巨大的成就，但是與國外質(zhì)子交換膜存在一定的差距，一是國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品尚未得到大規(guī)模工業(yè)化使用的驗證；二是是出貨量還不夠高。
為滿足可再生能源高效制氫需求，國內(nèi)重點(diǎn)研究PEM電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其模塊化系統(tǒng)集成技術(shù)，大面積膜電極、集電器等關(guān)鍵組件的制備工藝較成熟，正在開展MW級PEM制氫設(shè)備設(shè)計及制造。
水電解制氫發(fā)展前景
在水電解制氫發(fā)展方向上，薛賀來分析，隨著PEM水電解制氫設(shè)備成本的降低，純水電解設(shè)備在未來耦合可再生能源具有顯著優(yōu)勢。電極、隔膜、新材料極框的技術(shù)進(jìn)步是進(jìn)一步降低氫氣生產(chǎn)能耗、減小設(shè)備體積重量，降低制氫設(shè)備生產(chǎn)成本的重要途徑。未來幾年，質(zhì)子交換膜的厚度將從200微米減薄，膜電阻減小，在較高電流密度運(yùn)行下，降低小室電壓，提高系統(tǒng)效率；雙極板厚度減少是必然的趨勢，通過鍛造薄金屬板而不是破壞性銑削或者刻蝕較厚的基礎(chǔ)材料；在電解槽方面，將實現(xiàn)膜電極組件、電解槽體組裝的規(guī)?；?、自動化生產(chǎn)，而降低電極鉑基及其他貴金屬負(fù)載量，降低電極成本。
目前，國內(nèi)外開始朝著利用太陽能生產(chǎn)氫氣和生物質(zhì)制氫兩條路線邁進(jìn)，其中對太陽能發(fā)電和電解水組合制氫系統(tǒng)的研究主要集中在熱化學(xué)法制氫、光電化學(xué)分解法制氫、光催化法制氫、人工光合作用制氫，以上幾種太陽能制氫均需使用光催化劑，能量轉(zhuǎn)換效率低，尚處于研發(fā)階段。而生物質(zhì)制氫的是將生物質(zhì)原料壓縮成型，在汽化爐中進(jìn)行氣化或裂解反應(yīng)可制得富氫燃料氣，生物制氫技術(shù)尚未完全成熟，在大規(guī)模應(yīng)用之前需深入研究。
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