【簡析】在“碳中和”的背景下PEM水電解制氫技

2021-08-18 10:04

　　作為二次的清潔能源的氫能源在21世紀登上了世界能源的舞臺，成為了一種舉足輕重的新能源。并且氫能的制取、儲存、運輸、應用技術等將成為備受人們關注的熱點話題，在“碳中和”的背景之下，因其低碳和零碳特性在眾多能源中脫穎而出。

　　氫能的應用

　　人類對氫能應用早在200年前就有了“苗頭”，到了20世紀70年代以來，世界各地的許多國家開始開展氫能的研究。1965年美國開始研制液氫發動機，從那時起氫能的應用就奠定了基礎。我國的長征2號、3號也使用液氫做燃料，氫能作為燃料是溝通電力系統和氫能體系的重要能源。

　　如今氫能在汽車、發電、燃料電池領域中發揮著重要的作用，其中21世紀重點發展的便是氫能源在汽車發電中的應用，世界各地的國家都利用氫能的交通工具的商業化方面進行著激烈的競爭。

　　

 

　　氫能制取技術

　　制取氫能的主要方法有化工原料制氫、石化資源制氫、電解水制氫等方法，其中要數水電解制氫技術最為成熟。

　　水電解制氫主要有三種形式：堿性水電解制氫、質子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解技術。

　　其中固體氧化物電解技術因其工作溫度過高，限制了電解材料的選擇、密封和運行控制，為此始終無法得到應用和推廣。而堿性電解水是目前應用最為普遍的電解水制氫方法，但存在污染，效率低等問題。

　　為此研發出了PEM純水電解制氫技術，該技術中的PEM水電解槽，能在高電流密度下工作，體積小，效率高，生成的氫氣純度可高達99.999%，被認為是最有發展前景的水電解技術。

　　PEM純水電解制氫技術

　　該技術采用的是質子膜電解槽，是通過電解純水來制取氫能的，該技術可物理分離出高純氫氣和氧氣，氫氣作為主要產品，而氧氣是作為副產品而產生的。

　　PEM純水電解制氫的設備體積較小，制取氫氣純度高達≥99.9995%，整個運行過程無污染，操作簡單，可實現遠程無人值守，生產1m3氫氣的實際耗純水量約為845-880g。

　　PEM純水電解制氫工藝流程：

　　

 

　　在制取氫能的整體過程中采用的是曲線微導力系統，可以保證電解水的純度，能夠高效、穩定、安全的生產純水，避免水中的其他電解質對電解純水的影響。并且曲線微導力系統能夠與PEM純水電解制氫系統可以實現聯動操作與控制，實現了全自動制水、數據遠程上傳。PEM水電解制氫技術具備快速啟停優勢，能匹配可再生能源發電的波動性，逐步成為P2G制氫主流技術。

　　我國氫能的發展應用

　　我國其實早已經開始推動氫能研究、開發、推廣及應用了，并且成立了相關的中國氫能協會(CAHE)、中國氫能產業技術創新與應用聯盟、中國節能協會以及其他地方氫能協會等等，為的就是更好地發展氫能發電。我國相繼出臺的《“十三五”戰略性新興產業發展規劃》、《能源技術革命創新行動計劃(2016～2030年)》、《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012～2020年)》、《中國制造2025》等國家規劃也都在明確氫能產業的戰略性地位。

　　目前階段我國就“氫能”的發展與應用中電力系統占了很大的市場比重，而PEM純水電解制氫技術作為可再生能源制氫是唯一綠色低碳制氫方法，促進可再生能源更大規模的發展，在“碳中和”的背景下PEM水電解制氫技術擁有巨大的發展空間。