電解水制氫的規模化之路

文/ Anke Geipel-Kern

德國市場綠色氫能源核心技術電解水的發展方向——由德國聯邦教育及研究部（BMBF）啟動的“H2Giga”項目，旨在使千兆瓦級規模上綠色氫能源的生產具有競爭力，從而使傳統能源像綠色能源轉型一樣變得不僅可行而且價格實惠。

氫能源作為清潔能源，是能源轉型的希望之光：無論是用于綠色鋼鐵、綠色水泥、綠色化學品還是用于船舶和卡車的綠色驅動技術——氫能源無所不能。氫能源的出現讓科學和工業界為之振奮。來自德國德西瑪DECHEMA 化工與生物技術協會的Alexis Bazzanella 博士說：“電解水的方法已經存在了120 年，電解水獲取氫的技術歷史悠久且技術高度成熟。因此，人們會認為用氫能源取代化石能源已經萬事俱備了，但實際上仍欠東風。這里有一個問題——目前電解槽距離大規模生產還有很長的路要走，每個電解槽幾乎都是一次性的。這就導致了電解槽部件垂直整合率低且成本高。”

廣闊的市場前景

如果要降低綠色氫能源成本，電解水制氫無法大規模生產的現狀必須迅速改變，這就是為什么德國氫能源戰略中一個重點項目要啟動的原因。在接下來的4 年里，H2Giga 聯合其他公司旨在制造出能用于裝配線上的電解設備。所有在電解開發領域中具有地位和影響力的大公司都參與其中：西門子能源公司、林德公司、曼能源解決方案公司、蒂森克虜伯公司和 Sunfire公司將承擔擴大電解槽生產規模的任務；舍弗勒、Enapter 和新成立的WEW 正在開發第二代電解槽；包括亞琛工業大學、弗勞恩霍夫研究所、亥姆霍茲協會和馬普學會等高校以及研究所等也參與其中。他們的主題是材料研究、耐久性和電池測試、回收、制造技術和數字化。德國聯邦研究部總共為這些活動投資了5 億歐元。

德國聯邦政府的目標是：截至2030 年，僅在德國就應創造500萬 kW 的電解能力。其中， 質子交換膜電解、堿性水電解和高溫電解是重點研究方向，研究人員還希望使陰離子導電膜 （AEM） 電解技術成熟。來自DECHEMA 的伊莎貝爾· 昆德勒博士在數字項目啟動儀式上強調說一切都是“為生產而設計”，這意味著將采用新的自動化生產技術，例如通過使用機器人。

群雄逐鹿，誰占鰲頭

氫能源領域的相關公司正相互角逐。在全球范圍內已出現了一場爭奪新興市場的競賽。 “30 多個國家已經擁有了氫能源技術。我們必須跟上發展的步伐，要雄心壯志地大力前進。” 德國BMBF 的“綠色氫能源”創新專員兼聯邦議院議員Stefan Kaufmann 博士說。澳大利亞、日本、中國和韓國正處于領先地位，尤其是韓國，正為建設國家氫能源投入大量資金。

ITM 林德電解公司負責人Andreas Rupieper 在接受 DWV 董事長采訪時說，電解水技術已經成熟，現在是為了降低成本，而這只有通過擴大規模才能實現。無獨有偶，林德的合資企業已經提出了一份半自動化 PEM 電解槽生產工廠的藍圖，該超級工廠將設立在謝菲爾德市。

蒂森克虜伯綠色氫產品開發主管Ralph Kleinschmidt 博士在H2Giga 項目啟動儀式上也釋放了積極的信號。他認為，如今100萬 kW 的電解池已經成為可能。從中期來看，他還認為有可能擴展到 500 萬 kW 的氫能源供應鏈，但不是采用傳統擴大規模的方法。最重要的是，蒂森克虜伯希望將投資成本降低 3.5～5 倍。

盡管這些專家的分析令人欣喜，但在發展道路上仍有一些絆腳石。參與 H2Giga 項目的人士一致認為，在德國生產的綠色氫能源無法與當地電價競爭。此外，沒有人會確切知道所有電力來自哪里。Linde-Electrolysis 的首席執行官魯皮珀認為，最終可能會出現分布式供應鏈：在有大量太陽能和風能的地區，一定要確保氫能源生產成本具有價格競爭力，才能贏得消費者。 ●