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10月13日，2020氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)在河北定州隆重召開(kāi)，中國(guó)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(lái)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(lái)研究成果及他個(gè)人對(duì)氫能未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的見(jiàn)解。
國(guó)內(nèi)制氫現(xiàn)狀
薛賀來(lái)首先提到，目前，制氫主要通過(guò)化石燃料制氫、水電解制氫、化工過(guò)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(guò)程當(dāng)中要排出碳、氮、硫，對(duì)環(huán)境有污染。而副產(chǎn)氫則存在雜質(zhì)多問(wèn)題，未被提純的微量元素，面對(duì)主要應(yīng)用市場(chǎng)的交通領(lǐng)域，存在傷害燃料電池的問(wèn)題。
薛賀來(lái)介紹，上世紀(jì)60年代，七一八研究所開(kāi)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(duì)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)制氫技術(shù)起步晚，跟國(guó)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(duì)其他制氫方法還是一個(gè)“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(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)者共同努力。
關(guān)鍵部件急需國(guó)產(chǎn)化
薛賀來(lái)著重指出，目前，在水電解技術(shù)市場(chǎng)主要應(yīng)用的是以25%到30%的氫氧化鉀進(jìn)行電解，每個(gè)小時(shí)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(chǎng)興起，還是存在產(chǎn)氫量不大的問(wèn)題。
PEM制氫（質(zhì)子交換膜電解水制氫）的優(yōu)勢(shì)，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(méi)有什么優(yōu)勢(shì)，成本方面，PEM電解槽是堿性槽體的多倍。同時(shí)，質(zhì)子交換膜是PEM水電解制氫的關(guān)鍵部件，現(xiàn)國(guó)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(guó)外質(zhì)子交換膜存在一定的差距，一是國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品尚未得到大規(guī)模工業(yè)化使用的驗(yàn)證；二是是出貨量還不夠高。
為滿(mǎn)足可再生能源高效制氫需求，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)研究PEM電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(kāi)展MW級(jí)PEM制氫設(shè)備設(shè)計(jì)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(lái)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(lái)耦合可再生能源具有顯著優(yōu)勢(shì)。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(lái)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(shì)，通過(guò)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(shí)現(xiàn)膜電極組件、電解槽體組裝的規(guī)?；?、自動(dòng)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(guó)內(nèi)外開(kāi)始朝著利用太陽(yáng)能生產(chǎn)氫氣和生物質(zhì)制氫兩條路線(xiàn)邁進(jìn)，其中對(duì)太陽(yáng)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(yáng)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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