可再生能源生产绿氢新技术 可以在高电流下生产氢气

瞻观前沿

以色列理工学院材料科学与工程学院的一组研究人员提出了一种利用可再生能源生产绿色氢的新技术。他们的突破最近发表在《自然材料》上。与其他生产绿色氢的工艺相比，这项新技术体现了显著的优势，其发展为商业技术可能会降低成本并加速使用绿色氢作为化石燃料的清洁、可持续替代品。

几年前，以色列理工学院的研究人员提出了一种创新且高效的电解技术，该技术不需要膜和密封来分隔电池的两个部分，因为氢和氧是在过程的不同阶段产生的，这与常规电解不同。它们是同时创建的。这个名为 E-TAC 的新颖工艺是由 Hen Dotan 博士和 Avigail Landman 博士在 Avner Rothschild 教授和 Gideon Grader 教授的监督下开发的。他们与企业家 Talmon Marco 合作，发挥该工艺的潜力并开发商业应用。

这种新颖的工艺绕过了固体电极的操作挑战和限制，在固体电极中，通过用 NaBr 水性电解质代替水中的 E-TAC 技术来产生氧气。这种替代为连续工艺(与 E-TAC 的批量工艺相反)铺平了道路，并且无需在电池中交替摆动冷和热电解质。

电解质中的溴化物阴离子被氧化为溴酸盐，同时在阴极产生氢气，然后它们与含水电解质一起流到不同的电池，在那里它们恢复到原始状态，同时产生氧气，这个过程不断重复自己。通过这种方式，氢气和氧气在两个独立的电池中以连续的过程同时产生，没有任何温度变化，这与 E-TAC 不同。此外，氧气是在水性电解质中产生的，而不是像 E-TAC 那样在固体电极中产生的，因此它不依赖于那些类型的电极(例如可充电电池)典型的速率和容量限制。

在《自然材料》杂志上发表的文章中，研究人员描述了他们的基本实验，证明了该工艺的初步可行性，并展示了其高效率和高电流工作能力的结果，这意味着可以在高电流下生产氢气。与此同时，基于文章中描述的科学突破开发新技术还有很长的路要走。这种技术可能会克服工业生产绿色氢作为化石燃料的可持续替代品过程中的许多障碍。

图片来源：摄图网

技术价值观察

可再生能源制氢产业链上游主要包括可再生能源电力供应、电解水制氢设备及其关键部件供应;中游可再生能源制氢主要包括电解水制氢、太阳能直接制氢及生物质提纯制氢三个细分市场;下游主要包括氢气储运及工业、交通(燃料电池)、储能、发电等应用领域。

研究人员提出了一种利用可再生能源生产绿色氢的新技术,，该技术属于制氢方法，因此，该技术处于可再生能源制氢产业链的中游环节。

宏观市场观察

——全球能源转型推动氢气产量增长

近年来，全球各国家地区纷纷将氢能源视为未来新能源的战略发展方向，氢能产业得到了前所未有的增长。根据IEA披露的数据，2021年全球氢气总产量(含合成气)约9400万吨，同比增长5.5%，占全球终端能源比重约2.5%，其中每年纯氢制备产量约为7000万吨。2022年全球氢气总产量约为9813万吨。伴随世界各国减排承诺方案的推进，预计2030年前全球氢气产量将会快速增长，到2030年有望突破15000万吨。

全球能源格局正在发生显著变化，全世界都在努力应对气候变化，并通过向更清洁、更可持续的能源过渡来加强能源安全。在这样的背景下，近年来，全球各国家地区纷纷将氢能源视为未来新能源的战略发展方向，氢能产业得到了前所未有的增长。

根据IEA披露的数据，全球氢气总产量除2020年因疫情爆发和经济放缓而小幅下降外，始终保持增长。2022年，全球氢气总产量达到约9500万吨，同比上涨约3%。

——可再生能源制氢占比仍很低

目前，可再生能源制氢的核心技术为可再生能源电解水制氢，生物质制氢和光催化制氢正在研究阶段，暂不具备工业化应用水平。根据IEA数据，2022年，电解水制氢约占氢气产量的0.1%。并且电解水制氢中除了可再生能源制氢外还包含较大一部分非可再生能源的电解水制氢。可见，尚处于导入阶段的可再生能源制氢行业规模目前来说是极小的，可更多的关注项目建设进展及投资规模，发掘市场规模增长潜力及市场空间。

注：内圈为2020年数据，中圈为2021年数据，外圈为2022年数据。

限制可再生能源制氢行业规模扩大的主要原因是可再生能源制氢成本高昂，相较于化石能源制氢而言，可再生能源制氢的生产成本高出数倍。根据IEA披露的数据据2022年可再生能源电解水制氢成本在4.0-9.0美元/kg之间。

——中国可再生氢产量仍很低

当前中国氢气产能仍以化石能源制氢为主，但氢源结构向可再生氢倾斜，可再生能源制氢项目取得显著突破。

从产能来看，根据中国氢能联盟发布的信息，截止2023年11月，我国可再生能源制氢项目中，建成运行项目产能达7.14万吨/年，在建项目产能超80万吨/年，规划项目产能超640万吨/年，合计产能超720万吨/年。随着各阶段项目的推进，未来几年我国可再生能源制氢产能将快速扩张。

注：以上统计日期截至2023年11月底。

从产量来看，根据中国氢能联盟披露的信息，2022年中国可再生能源电解水制氢产量约10万吨，占我国氢气总产量的0.28%。

——中国可再生能源制氢成本呈下降趋势

根据中国氢能联盟披露的信息，2018-2023年，我国可再生能源制氢成本持续走低，2023年9月，我国可再生氢价指数为18.95元/kg。但对比来看，可再生能源制氢成本还是远远高于综合制氢成本及清洁氢制氢成本。

中国可再生能源制氢(绿氢)技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与可再生能源制氢关键技术强关联的城市集群主要集中在华北和华东地区，并且以北京和嘉兴市为重点发展区域，未来布局可再生能源制氢技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华北、华东地区优先导入，其中可重点关注北京市海淀区、浙江省嘉兴市桐乡市所处可再生能源制氢的相关企业，以及该地方对于可再生能源制氢的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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标签： 制氢 可再生能源 氢气 随笔