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2021年7月，歐洲最大的質子膜交換電解（PEM）制氫項目在德國科隆市萊茵煉廠（REFHYNE）投運，該項目裝配了10MW級PEM電解槽，由ITM Power提供，每年可生產(chǎn)多達1300噸的綠氫，同時該項目還將擴產(chǎn)至100MW的第二期工程規(guī)劃提上日程。
截止2020年底，全球已有約70個在建的綠氫項目，“綠色氫氣”作為實現(xiàn)氣候目標的新興領域，正成為行業(yè)的焦點。大量來自政府和私人投資者的資金開始流入該行業(yè)，包括傳統(tǒng)能源巨頭、裝備制造企業(yè)以及初創(chuàng)公司等超萬家企業(yè)正在迅速切入綠氫產(chǎn)業(yè)鏈。
毫無疑問，綠氫產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展空間，但同時也面臨著降低成本的嚴峻挑戰(zhàn)。氫要真正成為一種具有成本效益的減少排放的能源，還面臨著技術、經(jīng)濟和政策方面的挑戰(zhàn)。氫工業(yè)必須在氫的生產(chǎn)、分配(儲存、運輸、加注)和終端使用方面做到更便宜、更高效，以實現(xiàn)經(jīng)濟上的可行性和商業(yè)上的可擴展性。
2021年4月，世界知名企業(yè)管理咨詢公司Boston Consulting Group（BCG）發(fā)布了《氫能的綠色科技機遇》，文中指出了各環(huán)節(jié)的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，并詳細分析了綠色氫產(chǎn)業(yè)鏈的特點。結合BCG的分析，總結了綠色氫產(chǎn)業(yè)特別是電解水制氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿透偁幐窬帧?/span>
綠氫產(chǎn)業(yè)鏈減排潛力巨大
氫可以通過多種工藝和能源來制造。世界能源理事會根據(jù)生產(chǎn)來源將氫分為灰氫、藍氫和綠氫?；覛涫侵笍奶烊粴?、煤炭等化石燃料中生產(chǎn)的氫，其生產(chǎn)成本最低，但碳排放高，廣泛應用于化工行業(yè)。藍氫是灰色氫的“升級版”。在制氫過程中結合碳捕集與存儲技術，碳排放可降低約90%，成本相應較高。綠氫利用風能和太陽能等可再生能源發(fā)電，然后電解水生產(chǎn)氫，這是最昂貴的。其中，綠氫從源頭上消除了碳排放，是一種真正意義上的清潔能源。
在綠氫工業(yè)的應用端，減排潛力最大的領域是冶金和交通。據(jù)估計，到2050年，清潔氫氣可以通過在化工、運輸和制造方面的應用，使每年減少至少50至60億噸的溫室氣體排放。這相當于到2050年所有綠色技術減排的15%左右。
降本——既是挑戰(zhàn)也是機遇
目前，可再生能源制氫主要是利用電解水制氫?，F(xiàn)階段電解水制氫技術發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)是高成本。電解水制氫成本比煤、天然氣使用的蒸汽重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)氣純化制氫成本高2~3倍。
電解制氫設備居高不下主要包括以下原因：
電解槽的關鍵部件(膜、雙極)需要大量的貴重金屬材料。例如，目前的PEM電解槽需要使用陰極為鉑、陽極側為銥或釕的材料。研究機構正在探索如何在保持設備耐用性的同時減少所需的貴金屬數(shù)量。
電解槽設備的制造成本較高。因為電解槽制造要求精度高，自動化程度低，且缺乏相應的質量標準。
電解水制氫工程規(guī)模小，輔助系統(tǒng)成本高。一個完整的電解槽制氫系統(tǒng)除了電解槽設備外，還需要大量的周邊輔助設備系統(tǒng)(包括壓縮機、泵、緩沖罐、冷卻設施等)。目前，單個項目電解制氫裝機容量相對較小，因此對周邊元器件系統(tǒng)的需求成本比相對較高。
降低電解槽及外圍設備的成本、提高制氫系統(tǒng)的效率是綠氫降本的關鍵。根據(jù)BCG的測算，如果電解槽設備產(chǎn)量從每年的50件增加至1000件，通過降低材料成本并提高制造的自動化和標準化，就可將制造堿性水電解槽設備的成本降低30~40%，并將外圍設備成本減少20~30%，這樣整個系統(tǒng)的成本將降至280~350美元/kW。而對于PEM電解槽，則需要將設備成本下降40~50%，外圍設備成本下降20~30%，才能將整個系統(tǒng)的成本降至320~400美元/kw。除了降低成本以外，提高效率也是電解槽設備未來的投資方向。例如通過改進材料可以將PEM電解槽的系統(tǒng)效率從60%提高到70%。
降低成本是電解水制氫的最大挑戰(zhàn)，同時也創(chuàng)造了巨大的投資空間。據(jù)BCG預測，到2050年，全球綠色氫產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)所需設備及零部件的總投資需求將達到2000億美元/年，其中電解氫及周邊輔助系統(tǒng)的設備及零部件的投資需求最高，可達到500 - 600億美元/年，占總投資需求的四分之一。
前景看好迎來眾多投資者入場
據(jù)統(tǒng)計，目前全球活躍的電解槽供應商超過百家，其中2/3是在2020年才進入該領域的。此外，目前近一半活躍的電解槽制造商專注于開發(fā)PEM設備。許多公司選擇PEM技術路線，這也表明PEM是業(yè)界公認的最有前景的電解水制氫技術。
總之,由于氫能高度的市場細分,和商業(yè)模式,技術路線和政策支持等都有一定的不確定性,因此眾多已經(jīng)進入或計劃進入氫能市場的企業(yè)需要確保擁有核心專業(yè)技術，并基于技術、市場、區(qū)域等多種因素綜合考慮，制定合理的市場進入策略。
