Trender inom väteenergiutveckling
Vätgasenergiär en sekundär energikälla som är riklig, grön, koldioxidsnål och allmänt användbar. Det håller gradvis på att bli en av de viktiga bärarna i den globala energiomställningen. Kina är den största väteproducenten i världen och har till en början bemästrat nyckelteknologier och processer relaterade till väteproduktion, lagring, transport och tankning, och bildar därmed en relativt komplett industrikedja för väteenergi. Under de senaste åren har Kinas väteenergiindustri utvecklats snabbt, attraherat många deltagare och producerat ett antal välkända företag med stark konkurrenskraft. För närvarande har ledande företag i branschen etablerat konkurrensfördelar genom att förbättra teknisk forskning och utveckling, effektivisera industriella kedjelänkar, bygga säljnätverk och odla professionell talang.
I framtiden, när väteenergiindustrin fortsätter att utvecklas, kommer kundernas krav på väteproduktion att öka alltmer, vilket leder till en starkare konsolidering av industrin. Marknadsandelen för ledande företag kommer gradvis att öka och inträdesbarriärerna inom vätgasenergisektorn kommer att bli mer uttalade. För att uppnå målen för koldioxidtopp och koldioxidneutralitet har Kina placerat väteenergi som en viktig del av sitt framtida nationella energisystem, ett nyckelverktyg för att uppnå grön och koldioxidsnål omvandling vid slutanvändningsterminaler för energi och en kontaktpunkt för strategisk framväxt. industrier och framtida industriell utveckling.
Som svar på nationella policyer tillämpar företag aktivt strategin med dubbla koldioxidutsläpp och använder mogna tekniker för att säkerställa långcykel, stabil och pålitlig drift. Alkalisk vattenelektrolys för väteproduktion bygger i första hand på teknik för att fånga marknaden, kvalitet för att konsolidera den och service för att expandera den. Driven av marknadens efterfrågan, ledd av teknik, och fokuserad på kvalitet för rykte, med innovation som vägen för utveckling, strävar branschen efter att verkligen uppnå noll utsläpp och föroreningar, lång livslängd, digital övervakning och drift, säkerhet och obemannade driftlägen , med utmärkt kvalitet, snabb leverans, rimliga priser och förstklassig service.
Vätgasenergi har fördelar som noll föroreningar, högt värmevärde och mångsidighet vid lagring och användning. Elektrolys av vatten kan utnyttja förnybar energi och överskott av fluktuerande el för att producera väte, vilket gör det till en av de mest idealiska och miljövänliga metoderna för väteproduktion. Därför är utvecklingen av elektrolys för förnybar energi för väteproduktion betydelsefull för energisäkerhet och CO2-minskning. Men för närvarande produceras endast 4 % av vätgas globalt genom vattenelektrolys, främst på grund av höga kostnader förknippade med denna metod, där elförbrukning och elektrolysatorkostnader är viktiga begränsningar för storskalig tillämpning.
Under impulsen av målen med dubbla koldioxidutsläpp förväntas framsteg inom teknik för generering av förnybar energi driva ner elpriserna, vilket fungerar som en kraftfull katalysator för utvecklingen av väteproduktionsindustrin för vattenelektrolys. Alkalisk elektrolysteknik vinner uppmärksamhet för sin låga kostnad, långa livslängd och rikliga materialkällor, vilket gör den lämplig för storskalig väteproduktion. Men i storskaliga väteproduktionstillämpningar är det fortfarande nödvändigt att ytterligare förbättra strömtätheten och energieffektiviteten för alkalisk elektrolysteknik för att förbättra dess utrustning och elkostnad. Membran- och elektrodmaterialen spelar en avgörande och oersättlig roll i denna process.
Framtidsutsikter för vattenelektrolysväteproduktionsteknik
Kostnaden för väteproduktion genom vattenelektrolys beror huvudsakligen på elkostnader, investeringskostnader för elektrolysatorer och driftsbelastningar, med elkostnader som påverkar väteproduktionens känslighet med upp till 60-70 %. I takt med att elkostnaderna minskar kommer andelen investeringskostnader för utrustning gradvis att öka. Framtida kostnadsreducerande drivkrafter kommer huvudsakligen att härröra från lägre elpriser, ökad utrustningsutnyttjandegrad och tekniska framsteg för att minska kostnaderna för elektrolysörer. Men eftersom alkaliska elektrolysörer redan är mycket mogen, är det begränsade i vilken utsträckning kostnaderna kan reduceras genom teknisk innovation. Med ytterligare industriell utveckling kommer framtida tillämpningsscenarier att fortsätta att bredda sig, och storskalig, lågkostnads- och lågenergiförbrukning anses vara konsensus för industriell utveckling.
Klassificering av tekniska vägar för vattenelektrolys väteproduktion
Det finns fyra huvudsakliga tekniska vägar för väteproduktion genom vattenelektrolys: alkalisk vattenelektrolys (ALK), vattenelektrolys av protonbytesmembran (PEM), elektrolys av fast oxid (SOEC) och anjonbytesmembranvattenelektrolys (AEM).
Alkalisk elektrolys (ALK): Denna process utförs i en alkalisk elektrolytlösning (typiskt KOH), där OH-joner passerar genom membranet till anoden och förlorar elektroner för att producera O2, medan vatten vid katoden får elektroner för att producera H2 och OH-.
Proton Exchange Membrane Electrolysis (PEM): Denna metod elektrolyserar rent vatten, där H2O-molekyler oxideras vid anoden för att generera syre och H+-joner. H+ (protonerna) migrerar genom protonbytarmembranet till katoden under påverkan av det elektriska fältet och genomgår en reduktionsreaktion för att generera vätgas.
Fastoxidelektrolys (SOEC): Denna process involverar joniserande vattenånga för att generera väte- och syrejoner vid höga temperaturer, vanligtvis över 600°C, vilket gör den lämplig för att producera högtemperatur- och högtrycksånga i solvärmesystem.
Anjonbytesmembranelektrolys (AEM): Denna process använder vanligtvis rent vatten eller lågkoncentrerad alkalisk lösning som elektrolyt, där OH-joner passerar genom utbytesmembranet för att nå anoden för att generera vatten och syre, medan vattenmolekyler vid katoden producerar OH- och vätgas.
Jämförelse av processvägar för väteproduktion
Varje metod har sina egna styrkor och begränsningar:
Alkalisk elektrolys (ALK)
Fördelar: För närvarande den mest mogna tekniken med låga utrustningskostnader.
Begränsningar: Frätande vätska; höga drifts- och underhållskostnader; teoretisk effektivitet är lägre än PEM och SOEC; utmanande att tillämpa i intermittenta strömkällor.
Proton Exchange Membrane Electrolysis (PEM)
Fördelar: Hög anpassningsförmåga till intermittenta kraftkällor, lätt att integrera med förnybar energi som vind och sol; låga drift- och underhållskostnader.
Begränsningar: Höga utrustningskostnader; kräver ädelmetallkatalysatorer.
Fastoxidelektrolys (SOEC)
Fördelar: Hög teoretisk effektivitet; kan använda icke-ädelmetallkatalysatorer.
Begränsningar: Reaktionsmiljö med hög temperatur, begränsade tillämpningsscenarier; fortfarande i laboratorie-FoU-stadiet och ännu inte kommersialiserat.
Anjonbytesmembranelektrolys (AEM)
Fördelar: Kombinerar fördelarna med alkaliskt och PEM: låga materialkostnader; låg korrosivitet hos elektrolyten (utspädd alkalisk lösning eller vatten); kräver inga ädelmetallkatalysatorer.
Begränsningar: Svårigheter med massproduktion av anjonbytarmembran, fortfarande i FoU-fasen.
Den alkaliska elektrolysvägen är mogen, PEM visar stark tillväxtpotential, medan SOEC och AEM har lovande framtida potential.
