衣寶廉院士 先進電解水制氫技術已獲突破

2021-09-21 01:16:49 字數 1537 閱讀 9226

7月24日,氫能發展戰略研討會在中國石化集團公司舉辦,中國工程院院士,中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉通過**連線作了專題報告,他指出能源發展的程序就是減碳的過程,氫能在能源轉型中具有重要作用。可再生能源電解水制氫是未來趨勢,但先進電解制氫裝備技術仍面臨多項挑戰。

衣寶廉介紹,氫具有諸如可儲運、可作為商品進行**,分佈廣泛等優點,三個因素決定了氫是合適的能源載體。一是巴黎協定應對全球氣候變化的要求,本世紀下半葉將實現溫室氣體淨零排放;二是可再生能源的高速發展,可再生能源時間上的不均勻性無法僅通過物理和化學儲能解決,氫是大規模、長週期儲能的必要手段;三是燃料電池汽車的技術突破,豐田產能目前已增加到1萬輛。

在能源轉型中,氫能具有重要的作用。可以實現大規模、高效可再生能源的消納,在不同行業和地區間進行能量再分配,充當能源緩衝載體提高能源系統韌性。也可以降低交通運輸、工業和建築等領域中的碳排放。

衣寶廉表示,歐洲氫能戰略的核心就是將可再生能源氫大規模用於工業、交通、發電、建築等部門,為此,歐盟委員會還專門成立清潔氫聯盟,提振清潔氫能的需求並促進投資。

衣寶廉強調,氫的製備技術路線主要是要用綠氫。可再生能源電解水制氫可以解決可再生能源的波動性,提高電網適應性,解決棄水、棄光、棄風的問題。可以替代石油用於汽車燃料、替代天然氣用於燃氣輪機發電、替代焦炭用於冶金工業。

目前主流的三類電解水制氫技術中,比較成功的是鹼性水電解和質子交換膜純水電解,而高溫蒸汽電解仍處於實驗室研發階段。

不同的電解水制氫技術優勢不同,soe電解效率最高。pem電解與可再生能源的功率變化適應性更匹配,產氫純度高、氫氣壓力大、佔地面積小,是當前各國研究應用的主力,潛力很大,目前正在進行兆瓦級示範驗證。當前最為成熟的是鹼性水電解技術,成本最低,經濟性好,但是對可再生能源變化的適應性較低。

衣寶廉表示,pem電解裝備是目前大化所的主攻方向,其中核心部件是雙極板與膜電極,所佔成本也最高,而核心部件和關鍵材料是pem電解的技術難點。高效電催化劑需要高效能和高穩定性,增強質子交換膜需要不斷降低內阻、適應高壓操作並抵禦自由基攻擊,膜電極則需要解決強析氣條件對其結構的衝擊。薄層雙極板需要解決抗腐蝕性、低接觸電阻和均一性流場設計,耐壓電解池結構中,則要解決電池一致性和密封問題。

大化所已在諸多領域取得技術突破。其具有自主智慧財產權的共結晶膜電極結合力增強技術可有效增強催化劑與膜間結合力;而試製樣品中,電解池多個子電池一致性也表現良好。

目前,大化所已完成pem電解技術第三代制氫機研發,電解能耗達到國際先進水平,相關成果獲得大連市科技進步一等獎,並牽頭制定了國際標準。

產業化方面,國網六安兆瓦級氫能綜合利用科技示範工程已在6月開工,與陽光電源成立電解制氫技術聯合實驗室,實現光伏、風電制氫專利技術許可轉化。

衣寶廉認為,在現有儲運技術中,高壓儲運氫是中小量用氫時最為常用的技術,而有機液態儲氫技術因儲運要求低,前景較好。

為解決分佈在西北、西南、東北豐富的可再生能源制氫長距離運輸問題,衣寶廉建議國家儘快研究利用天然氣管網輸氫技術。他認為,這一方式可行性高,在使用者側可根據需要提純淨化利用,或者用天然氣重整制氫,每公斤氫氣成本可低於40元,相較燃油具備競爭力。