日前，中國產業發展促進會氫能分會聯合30余家氫能產業龍頭企業和科研院校共同編寫的《中國氫能技術發展研究報告2024》(以下簡稱《報告》)在北京發布。《報告》著眼于我國氫能全產業鏈技術發展現狀與趨勢，圍繞氫能“制儲輸用”各關鍵環節，從技術發展現狀、不同技術路線對比、核心技術與關鍵裝備水平、國內外技術水平比較等方面進行了全面梳理，并立足全球氫能技術前沿發展方向與我國氫能產業發展實際需要，分析并提出了我國氫能全產業鏈各環節關鍵技術發展方向的科學建議。

《報告》顯示，中國已成為全球電解槽的主要供應商，并在江蘇、廣東、河北等地形成了多個產業發展集群。據中國產業發展促進會氫能分會數據庫統計，截至2024年9月，國內水電解制氫設備廠商名義總產能達到32吉瓦，占全球電解槽總產能的60%以上。《報告》詳細分析了堿性水電解制氫(ALK)技術、質子交換膜水電解制氫(PEM)技術、固體氧化物水電解制氫(SOEC)技術以及陰離子交換膜水電解制氫(AEM)技術等4種主要水電解制氫技術發展現狀。

《報告》指出，我國ALK電解槽正在快速向低能耗、大標方邁進，國內電解槽產品能耗達到國際先進水平，單槽產氫量達到國際領先水平。ALK技術可分為圓形帶壓和方形常壓兩大技術路線。國內ALK電解槽企業多采用圓形帶壓技術路線，相關供應鏈配套也相對成熟。圓形帶壓電解槽采用拉桿緊固結構設計，更容易實現壓力密封，但該路線對于材料耐壓性能要求高，存在設計和制造難度大、運輸不便、停機維修成本較高等問題。方形常壓電解槽借鑒成熟的氯堿電解槽設計理念，運用零間隙技術，因此密封性更好，且內部流場分布更均勻合理，對端板、框架等強度要求低，便于實現大型化。但為降低能耗，方形常壓電解槽一般采用貴金屬電極、復合隔膜和純鎳極板，因此成本較高且出口壓力較低，下游應用需額外配備增壓設備。同時，方形常壓電解槽通過模塊化路線，可兼具ALK電解槽壽命長、價格低和PEM電解槽啟動時間短、靈活性高、電耗低等優點。但是由于單個模塊制氫規模小，大量模塊堆疊將造成系統復雜度提升，且成本也高于圓形帶壓電解槽。

《報告》研究發現，采用ALK電解槽與PEM電解槽搭配以平衡經濟性和加強負荷波動響應能力的新模式正在成為大型制氫項目的優選方案之一。PEM電解槽市場需求的逐步釋放，帶動我國PEM技術與裝備水平快速進步，截至2024年9月，我國PEM電解槽單槽產氫能力最大已達500Nm3/h，處于國際先進水平。膜電極、催化劑、質子交換膜等核心材料的技術研發與國產化替代進程也呈現加速趨勢。國產PEM電解槽膜電極已進入小批量出貨階段。核心材料的不斷突破，有利于國產裝備與材料應用規模不斷提升，在推動技術成熟度與可靠性提高的同時，帶動成本降低。整體來看，國產PEM電解槽的性能指標與國外品牌基本相當，系統集成及BOP已實現國產化和規模化量產。與此同時，雖然國產膜電極市場占有率快速提升，但碳紙等膜電極核心材料的國產化產品在工藝穩定性和應用規模等方面仍有較大提升空間。

SOFC/SOEC的可逆性較強，且兩者制備過程及所用材料基本一致，因此國內外從事SOEC的企業大多是從SOFC轉型而來。主流SOEC技術可分為管式結構和平板式結構兩種。目前平板電池結構是SOEC電池的主流結構。國內SOEC電解槽單槽功率達到百千瓦級別。隨著國內SOEC電解槽在項目中應用規模的擴大，系統集成工藝和設計水平將逐步提升，SOEC電池與電堆供應鏈也將逐漸完善。《報告》認為，我國SOEC電解槽將于2025年開始從工程化向商業化邁進，并于2030年達到較高的商業化水平。

相比ALK技術，AEM技術具有更快的響應速度和更高的電流密度;而相比PEM技術，AEM技術的制造成本更低，因此AEM技術被視為電解水制氫技術未來的主要發展方向之一。2024年以來，我國AEM技術不斷突破，已呈現加速發展勢頭，國內多家企業相繼發布AEM產品。目前國內企業已完成500千瓦裝備的開發，單槽直流能耗為3.6kWh/Nm3~4.3kWh/Nm3，功率波動范圍為5%~120%，冷啟動時間小于10分鐘。解決陰離子交換膜熱穩定性與化學穩定性差、傳導能力有限、壽命相對較低、單槽產氫量小等問題，將成為決定AEM技術商業化進程的關鍵。《報告》預計，未來我國將形成“以ALK+PEM為主線，SOEC與AEM為補充”的發展模式。

(作者系中國產業發展促進會氫能分會高級研究員)