? 文|光伏頭條
氫能被認(rèn)為是解決能源領(lǐng)域碳排放問題的重要能源類型，不僅如此，將氫能應(yīng)用于冶金、發(fā)電等領(lǐng)域?qū)?huì)給整個(gè)工業(yè)和社會(huì)帶來一場綠色能源革命。國際能源署數(shù)據(jù)顯示：要實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)，每年需要2.2億噸氫，這些氫要從何而來？
灰氫肯定首先被排除了，因?yàn)橐还餁洚a(chǎn)生10公斤二氧化碳，藍(lán)氫因?yàn)镃CUS技術(shù)限制，也不屬于目標(biāo)范圍，最低碳環(huán)保的綠氫被選中。（制1公斤氫產(chǎn)10公斤二氧化碳！揭秘氫能背后的發(fā)展困局?。?/p>
當(dāng)氫能與可再生能源結(jié)合時(shí)，電解槽被認(rèn)為是產(chǎn)生綠色氫的關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)樵撨^程將水轉(zhuǎn)化為氫和氧分子，不僅為創(chuàng)造清潔能源載體提供了基礎(chǔ)，還為氧提供了基礎(chǔ)，而氧又可用于許多其他目的，如醫(yī)療領(lǐng)域、加工領(lǐng)域等。當(dāng)人們欣喜若狂發(fā)現(xiàn)，電解槽制綠氫的發(fā)展之路的時(shí)候，有人又突然提出一個(gè)問題——我們做了足夠的工作來支持綠氫的生產(chǎn)了么？
電解槽發(fā)展速度有點(diǎn)慢
電解槽是制綠氫的重要設(shè)備，其產(chǎn)能將直接影響綠氫發(fā)展速度，但從現(xiàn)有數(shù)據(jù)看，世界范圍內(nèi)的電解槽裝機(jī)量依然少得可憐，如果不進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)和技術(shù)革新，想要通過制造綠氫減少能源領(lǐng)域的二氧化碳排放就是一句空談。
根據(jù)國際能源署氫項(xiàng)目數(shù)據(jù)顯示：全球氫需求到2030年裝機(jī)容量將達(dá)到54GW。那么我們制造綠氫的重要的電解槽的產(chǎn)能又怎樣呢？
Rystad Energy的最新研究顯示，2020年全年新增產(chǎn)能只有0.04GW，2021年，隨著各國對(duì)于氫能產(chǎn)業(yè)的大力扶持，新增電解槽的裝機(jī)只有0.8GW。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士測(cè)算，目前電解槽產(chǎn)能，年產(chǎn)氫量約為12.96萬噸，如果按每年2.2億噸的氫能需求中有一半兒用電解槽制綠氫，大約電解槽的裝機(jī)也需要1千萬吉瓦。以2020年和2021年電解槽19倍的增速看，未來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)依然是非常難的。
根據(jù)國際能源署的氫項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫資料顯示：到2030年，全球安裝的電解槽容量將達(dá)到54GW。距離實(shí)現(xiàn)目標(biāo)還有不到八年的時(shí)間，電解槽的產(chǎn)能能否追上預(yù)期目標(biāo)，很難說。
很明顯，當(dāng)前電解槽的產(chǎn)能是不足以支持綠氫發(fā)展的遠(yuǎn)大目標(biāo)規(guī)模的。氫氣產(chǎn)量需要增加，生產(chǎn)技術(shù)的規(guī)模也需要同步提高，以確保滿足脫碳社會(huì)所需的數(shù)量，并創(chuàng)造規(guī)?；瘹錃馐袌?。
但不得不說，其中困難重重。
成本這一關(guān)怎么過
電解技術(shù)規(guī)?；淖畲笳系K之一是制造PEM和AEM電解槽的成本。這些技術(shù)主要需要稀有、昂貴的常常用作首飾的金屬鉑和銥來制造催化劑，這種貴金屬已經(jīng)成為電解槽成本成本高企的瓶頸。根據(jù)一份摘錄國際氫能雜志，銥（Ir）是地球上最稀缺的元素之一，在地殼中的含量很低，僅為百萬分之0.000003(ppm)。只有南非、俄羅斯、美國、津巴布韋和加拿大這些國家有一些資源。
與銥非常相似，鉑同樣是電解系統(tǒng)運(yùn)行所需的稀有且昂貴的資源?！坝捎谶@些關(guān)鍵材料的高度集中的地理分布，缺乏有效的替代品，以及一些生產(chǎn)國的政治不穩(wěn)定，這導(dǎo)致了大規(guī)模實(shí)施這些技術(shù)的資源可用性問題?！边@可能會(huì)給未來的氫工業(yè)帶來重大障礙，因?yàn)樵S多燃料電池和電解系統(tǒng)需要鉑來運(yùn)行。
不過事無絕對(duì)，因?yàn)榇呋瘎┎⒉粎⑴c反應(yīng)，制氫過程中，這些貴金屬是可以回收再利用的，而且隨著未來幾年內(nèi)內(nèi)燃機(jī)的禁用，這里的鉑可以回收，隨著鉑需求和庫存在未來幾十年內(nèi)繼續(xù)增加，鉑廢料預(yù)計(jì)將讓電解槽的成本有下降的可能性。
但這種降本的速度不足以支撐電解槽制造商走向真正的規(guī)模化和低成本運(yùn)營。
因此必須研究和開發(fā)可用于電解槽的新的廉價(jià)材料。如果不這樣做，電解槽制造將繼續(xù)保持高價(jià)產(chǎn)品，并可能因?yàn)檫@些過高的價(jià)格而失去潛在的項(xiàng)目和客戶。
國際能源網(wǎng)/氫能匯（微信公眾號(hào)：h2-2005）獲悉，日本京都大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)日前將金、銀、鉑等8種貴金屬“在原子水平”上均勻混合，制成合金。研究人員混合等量的8種貴金屬離子溶液，倒入200攝氏度的還原劑中，制成合金。這8種貴金屬是金、銀、鉑、鈀、銠、銥、釕、鋨。
研究團(tuán)隊(duì)說，只要資金到位，可用這種技術(shù)大批量生產(chǎn)合金。研究人員說，8種貴金屬制成的合金可用作氫燃料電池的催化劑，催化活性比鉑催化劑高10倍。
雖然合金依然比較貴，但其效率提高10倍，也就意味著可以讓成本同步降低，雖然不一定能有10倍那么多，但總歸讓人們看到了一絲希望。
巧婦難為“無水”制氫
綠氫也就是電解水制氫，關(guān)鍵的材料是水，從選擇電解水制氫開始，人們首先要考慮水從哪里來？
國際能源網(wǎng)/氫能匯（h2-2005）獲悉，我們的目標(biāo)是到2040年每年生產(chǎn)約3000萬噸氫氣，每年需要620立方米的純凈水。隨著未來幾年人口的增長，水的供應(yīng)可能會(huì)成為一個(gè)問題的源頭，人們的生活用水都不知道能不能保障，如何將其用于制氫？而且以我們國家的慣例，民用水價(jià)格一定低于工業(yè)用水價(jià)格，當(dāng)水資源稀缺的時(shí)候，工業(yè)用水價(jià)格可能隨之大幅上漲，最終也將導(dǎo)致綠氫價(jià)格居高不下。
但從目前我國計(jì)劃生產(chǎn)綠氫的地區(qū)大多位于西北部少雨干旱的區(qū)域，雖然當(dāng)?shù)乜稍偕茉窗l(fā)電資源很好，但最終可能會(huì)卡在缺水的難題上，如果從東南沿海引入水資源的成本可能更高，因此需要考慮是否將綠氫工廠建在水資源更為豐富，經(jīng)濟(jì)也更發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū)，最好是在西南水資源豐富的地區(qū)，以特高壓傳送電力，應(yīng)該更為經(jīng)濟(jì)。
還有專家認(rèn)為，需要考慮利用海水解決電解水制氫的水源問題。建議需要建立一個(gè)額外的海水淡化市場來生產(chǎn)這些項(xiàng)目所需的大部分用水。
在重重難題之下，當(dāng)前電解槽廠商首先要注意的問題是怎樣提高電解槽的產(chǎn)氫量，只有產(chǎn)氫量擴(kuò)大，成本才能隨之降低和優(yōu)化。最近幾個(gè)月，隆基氫能、陽光電源、DNV、斯莫爾特克和太陽等公司也在努力創(chuàng)造更高效的電解系統(tǒng)，這可能會(huì)成為通過電解擴(kuò)大綠色氫氣生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)鍵推動(dòng)因素。
綜上所述，實(shí)現(xiàn)綠氫發(fā)展目標(biāo)也并不是一件遙不可及的事，國際能源網(wǎng)/氫能匯（h2-2005）認(rèn)為，通過世界各國電解槽生產(chǎn)商、催化劑公司的不懈努力，綠氫的成本一定會(huì)降下來。有研究報(bào)告預(yù)測(cè)，2030年，綠氫成本或?qū)⑴c灰氫持平。
來源：國際能源網(wǎng)/氫能匯