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近日，以“碳路中國氫進萬家氫能世界綠色未來”為主題的2022山東氫博會系列活動：第二屆中日韓氫能產(chǎn)業(yè)高峰論壇、第二屆世界綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會、首屆中國（山東）氫產(chǎn)業(yè)大會成功舉辦，山東東岳未來氫能材料股份有限公司副總經(jīng)理王振華博士作了主題為“氫能‘芯片’產(chǎn)業(yè)化提速助力綠電綠氫碳中和”的演講，分享了雙碳背景下綠電綠氫巨大的發(fā)展機遇和東岳未來氫能的自主創(chuàng)新實踐。
雙碳背景下綠電綠氫巨大的發(fā)展機遇
2020年，習總書記提出了雙碳發(fā)展目標，這對我國和全球的經(jīng)濟社會發(fā)展都產(chǎn)生重大的影響。尤其在剛剛結束的二十大上，習總書記再次提出積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和，深入推進能源革命，加快規(guī)劃建設新型能源體系。
從最近的俄烏沖突中也能看出，石油、天然氣已經(jīng)從原來最靠譜的一次能源變得不那么靠譜?？諝馕廴痉揽?、氣候協(xié)定、碳中和等成為了全球可持續(xù)發(fā)展的共識。
我國在2030年二氧化碳的排放峰值是不超過130億噸，其中能源活動是不超過105億噸，2060年實現(xiàn)碳中和時，二氧化碳的排放量將不超過15億噸，能源活動將降到5億噸。由此可見，我們的能源體系變革勢在必行。構建以可再生能源為主體的新型能源體系基礎非常必要、可行。
從世界能源署發(fā)布的能源結構預測來看。到2050年，或者說再往后，全球的能源結構都會發(fā)生重大變化，都將向綠色可再生的風、光、水資源傾斜，而且我們的風光資源量也非常大。從經(jīng)濟性角度來講，近10年我國在光伏、風電領域的降本已經(jīng)做出了突出的貢獻。從2010年到現(xiàn)在這10來年的發(fā)展時間，光伏發(fā)電的成本下降了近80%。目前來講，光伏發(fā)電成本已經(jīng)基本接近于火力發(fā)電。
我國的綠電基礎是非常好的，尤其在三北地區(qū)，資源非常豐富，但是我國可再生能源波動性大，分布不均，每天不同的時間，不同的天氣和季節(jié)，都讓使用難度大大提高。這都決定了我國的光伏發(fā)電重點是在用，不是在發(fā)，如何做好供需平衡，消納使用就成為了其中的重中之重。需求端往往也是瞬時響應，和發(fā)電來講，具有同樣的不可預測性。決定了中間必須要使用合理的儲能手段。
不同的儲能技術適應的場景有著較大的差別。目前，我國的儲能方式以抽水蓄能為主，其占比近90%。其余10%大部分是電化學儲能，其90%又是鋰電儲能。那么，隨著未來大規(guī)模集中的風光大電廠的建設，如何做好長時間大規(guī)模集中式的儲能就成為了重中之重。
今年6月，國家能源局征文擬明確中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池，新型的技術液流電池和氫儲能就成為了未來的一個發(fā)展的重點。
氫在交通運輸領域這兩年的關注度非常高，氫燃料電池汽車應用推廣的政策發(fā)布后，各地的示范城市群都在極大地推動示范應用。包括商用車、公交車、物流車等，應用前景非常廣闊。此外，在建筑能源領域，日本、歐洲等地已經(jīng)開始用氫的熱電聯(lián)供，目前也已經(jīng)取得了比較好的示范。
在工業(yè)領域，冶金工業(yè)脫碳方面，我國已經(jīng)在積極嘗試，歐洲已經(jīng)有了成功的案例。未來在鋼鐵的脫碳，包括建筑材料的脫碳，氫都將發(fā)揮重要的作用。此外，包括氫農(nóng)業(yè)、氫醫(yī)療、氫健康等?？梢哉f，氫在未來的發(fā)展過程中將無處不在，氫與電進行互補，將構成我國在雙碳背景下非常重要的一種能源方式。
目前，我國仍以灰氫為主。未來在雙碳背景下，在可再生能源為主的體系下，我國氫能的供應結構將會由化石能源向綠色可再生能源為主轉變，即綠氫時代。至2060年碳達峰時，綠氫將占到年度總需求量的80%以上。
綠氫如何獲得？目前主要方式是電解水制氫，主要的技術形式包括堿性電解、質子交換膜電解、固體氧化物電解、陰離子電解等。相比之下，質子交換膜電解制氫占地小、啟動快、效率高等優(yōu)點，與光伏、風電這些不穩(wěn)定的可再生能源耦合效果更好。未來，隨著產(chǎn)業(yè)的成熟度、單槽規(guī)模逐漸增加，以及成本的下降，發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮?。因此質子交換膜也被譽為氫能產(chǎn)業(yè)的“芯片”。
東岳質子交換膜的自主創(chuàng)新實踐
PEMFC質子交換膜種類可分為，非氟質子交換膜、部分含氟質子交換膜、全氟質子交換膜等。最初的質子交換膜不能滿足使用需求，直到1966年，杜邦公司發(fā)明了全氟的質子膜，化學穩(wěn)定性、耐酸堿性、耐電化學腐蝕性都非常好，以及穩(wěn)固的分子結構，后來大家都采用了全氟的質子交換膜技術。
目前全球質子交換膜的研發(fā)與生產(chǎn)主要有五六家公司，如Gore、杜邦（科慕）、3M、旭硝子、旭化成等，大部分都在國外，其關鍵材料為全氟磺酸樹脂。國內只有東岳能夠量產(chǎn)生產(chǎn)全氟磺酸樹脂。
東岳立足于自身全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢，是目前全球少有的國內唯一擁有全氟質子交換膜全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，經(jīng)過多年的發(fā)展，氫燃料電池膜、液流電池膜、電解制氫膜等已經(jīng)全部推出。隨著市場化的推廣，已經(jīng)獲得了下游龍頭企業(yè)的高度認可。目前市場化推廣的進程也在不斷加快。
東岳做質子交換膜源于2003年，基于原先工業(yè)集團在這方面的一些研發(fā)的和產(chǎn)業(yè)化基礎，開始進行全氟磺酸樹脂材料的攻關。至2013年左右，東岳與奔馳、福特簽訂協(xié)議，并且對應于氫燃料電池乘用車的應用開發(fā)。2016年獲得了奔馳、福特公司的高度認可，各種技術考評也全部完成。2018年，東岳正式進行定型和商業(yè)化。目前，公司已經(jīng)通過了1949認證，并且已經(jīng)實際裝車300多輛，同樣獲得了客戶的高度認可。
期間，東岳重點解決了幾個突出的技術難題，一個最主要的是全氟磺酸單體全氟磺酸樹脂的研發(fā)與生產(chǎn)，包括了分子的結構設計等。與此同時，國外無論是從材料還是設備都進行全面封鎖，東岳通過自主攻關，結合了印刷、印染等相關傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的一些設備工藝，進行了工藝裝備的開發(fā)。
2020年，東岳正式投產(chǎn)的新一代的生產(chǎn)線是公司第六代自主研發(fā)的制膜的工藝產(chǎn)線，已經(jīng)實現(xiàn)了全套的自動化的生產(chǎn)，它的產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性已經(jīng)能夠滿足高規(guī)格車用要求。
此外，成膜的結構與性能方面的科學研究，包括增強材料、基膜、添加劑、分散液等方面都有了大量的積淀和提升，并且已經(jīng)建立起一個非常完善的應用評價體系。公司參與或者主導修訂的全氟質子交換膜氫燃料電池膜的國標，今年也已經(jīng)正式獲審。
與此同時，東岳也參與了液流電池和電解制氫膜等團標的建立，為我國的應用評價建設打造了一個良好的基礎。
目前，國家對于氫燃料電池商用車的應該支持力度非常大，這也是未來的一個重點發(fā)展方向。東岳正在往這個方向邁進。
不久前，公司正式發(fā)布了新一代的全氟質子交換膜新品DM2256，這款產(chǎn)品采用了更低的EW值磺酸樹脂，具有非常好的性能，能跟現(xiàn)在國外主要競品，如8微米12微米相比，電導率更勝一籌，同時膜電極的電性能方面也非常好，尤其覆蓋了全面的濕度。
在電解制氫膜方面，東岳主要對標的是科慕的117，生產(chǎn)出了180微米的質子交換膜DME670，在同等條件下，產(chǎn)品電壓更低。完全能夠滿足目前客戶的實際需要。
同時，東岳也在研發(fā)更大幅寬，更高交換容量，更高強度和更長壽命的新的電解制氫膜。產(chǎn)品推出后能夠實現(xiàn)成本大幅下降，滿足國內的供應。
液流電池膜方面，東岳對標科慕的212推出了相應的產(chǎn)品，在強度力學性能等方面已經(jīng)全面超越了競品。與此同時，在庫倫效率、電壓效率和能量效率這三個最重要的電性能指標方面，也具有明顯的優(yōu)勢。目前已經(jīng)通過了國內客戶的技術認證，開始進行小批量的裝備應用。
經(jīng)過多年的發(fā)展，東岳已經(jīng)建立了兩個廠區(qū)。在北區(qū)做質子膜的基礎原料，如化學品、樹脂這些基礎原料，在南區(qū)重點進行膜的研發(fā)與生產(chǎn)，相關的產(chǎn)能已經(jīng)具備。
2021年公布的5個示范城市群中，東岳是全國唯一一家參與到5個示范城市群的企業(yè)，相關的產(chǎn)品已經(jīng)批量地用在了叉車電源、公交車、物流車等相應的場景中。今年7月8日，淄博首批投放的50輛冷藏物流車中，全面匹配的都是東岳的質子交換膜。國產(chǎn)材料獲得了國內龍頭企業(yè)的高度認可。
12月15日，山東省人民政府發(fā)布了《關于2022年度山東省科學技術獎勵的決定》，其中東岳未來氫能公司申報的《全新全氟磺酸聚合物合成及增強網(wǎng)絡與高性能氫燃料電池質子膜制備》項目榮獲山東省技術發(fā)明獎特等獎，東岳高分子公司作為第一完成單位聯(lián)合華夏神舟公司共同申報的《全氟乙烯基高端基礎材料產(chǎn)業(yè)化關鍵技術創(chuàng)新和全鏈條生產(chǎn)體系重構》項目榮獲山東省科學技術進步獎一等獎。
未來，東岳仍將和國內的很多的行業(yè)同仁一起繼續(xù)努力，繼續(xù)保持定力，專注好做膜，為國家的綠電、綠氫、碳中和貢獻力量，共創(chuàng)美好的未來。
