Trendy w rozwoju energetyki wodorowej
Energia wodorowajest wtórnym źródłem energii, które jest obfite, zielone, niskoemisyjne i szeroko stosowane. Stopniowo staje się jednym z ważnych nośników w globalnej transformacji energetycznej. Chiny są największym producentem wodoru na świecie, początkowo opanowując kluczowe technologie i procesy związane z produkcją, magazynowaniem, transportem i tankowaniem wodoru, tworząc w ten sposób stosunkowo kompletny łańcuch przemysłowy energii wodorowej. W ostatnich latach chiński przemysł energii wodorowej rozwijał się szybko, przyciągając licznych uczestników i produkując szereg znanych firm o silnej sile konkurencyjnej. Obecnie wiodące firmy w branży ustanowiły przewagę konkurencyjną poprzez zwiększanie badań i rozwoju technologicznego, usprawnianie ogniw łańcucha przemysłowego, budowanie sieci sprzedaży i kultywowanie profesjonalnych talentów.
W przyszłości, w miarę rozwoju przemysłu energii wodorowej, popyt klientów na produkcję wodoru będzie się zwiększał, co doprowadzi do silniejszej konsolidacji branży. Udział w rynku wiodących firm będzie stopniowo wzrastał, a bariery wejścia do sektora energii wodorowej staną się bardziej widoczne. Aby osiągnąć szczyt emisji dwutlenku węgla i cele neutralności węglowej, Chiny uznały energię wodorową za ważną część swojego przyszłego krajowego systemu energetycznego, kluczowy środek do osiągnięcia zielonej i niskoemisyjnej transformacji w terminalach końcowego wykorzystania energii oraz punkt centralny dla strategicznych wschodzących gałęzi przemysłu i przyszłego rozwoju przemysłowego.
W odpowiedzi na politykę krajową firmy aktywnie praktykują strategię podwójnego węgla, wykorzystując dojrzałe technologie, aby zapewnić długi cykl, stabilną i niezawodną pracę. Elektroliza wody alkalicznej do produkcji wodoru opiera się przede wszystkim na technologii, aby zdobyć rynek, jakości, aby go skonsolidować, i serwisie, aby go rozszerzyć. Napędzana popytem rynkowym, prowadzona przez technologię i skoncentrowana na jakości dla reputacji, z innowacją jako ścieżką rozwoju, branża dąży do rzeczywistego osiągnięcia zerowej emisji i zanieczyszczeń, długiej żywotności, cyfrowego monitorowania i obsługi, bezpieczeństwa i bezzałogowych trybów pracy, z doskonałą jakością, terminową dostawą, rozsądnymi cenami i najwyższej klasy obsługą.
Energia wodorowa ma zalety takie jak zerowe zanieczyszczenie, wysoka wartość kaloryczna i wszechstronność w magazynowaniu i stosowaniu. Elektroliza wody może wykorzystywać energię odnawialną i nadwyżkę zmiennej energii elektrycznej do produkcji wodoru, co czyni ją jedną z najbardziej idealnych i przyjaznych dla środowiska metod produkcji wodoru. Dlatego rozwój elektrolizy energii odnawialnej do produkcji wodoru ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa energetycznego i redukcji emisji CO2. Jednak obecnie tylko 4% wodoru na świecie jest produkowane poprzez elektrolizę wody, głównie z powodu wysokich kosztów związanych z tą metodą, gdzie zużycie energii elektrycznej i koszty elektrolizera są kluczowymi ograniczeniami dla zastosowań na dużą skalę.
Pod wpływem celów podwójnego węgla oczekuje się, że postęp w technologiach wytwarzania energii odnawialnej obniży ceny energii elektrycznej, stanowiąc silny katalizator dla rozwoju przemysłu produkcji wodoru przez elektrolizę wody. Technologia elektrolizy alkalicznej zyskuje na popularności ze względu na niski koszt, długą żywotność i obfite źródła materiałów, co czyni ją odpowiednią do produkcji wodoru na dużą skalę. Jednak w zastosowaniach produkcji wodoru na dużą skalę nadal konieczne jest dalsze zwiększanie gęstości prądu i efektywności energetycznej technologii elektrolizy alkalicznej w celu poprawy jej wyposażenia i kosztów energii elektrycznej. Materiały membranowe i elektrodowe odgrywają kluczową i niezastąpioną rolę w tym procesie.
Przyszłe perspektywy dla technologii produkcji wodoru metodą elektrolizy wody
Koszt produkcji wodoru poprzez elektrolizę wody zależy głównie od kosztów energii elektrycznej, kosztów inwestycji w elektrolizer i obciążeń operacyjnych, przy czym koszty energii elektrycznej wpływają na wrażliwość produkcji wodoru nawet o 60-70%. W miarę spadku kosztów energii elektrycznej udział kosztów inwestycji w sprzęt będzie stopniowo wzrastał. Przyszłe czynniki obniżające koszty będą wynikać głównie z niższych cen energii elektrycznej, zwiększonego wykorzystania sprzętu i postępu technologicznego w celu obniżenia kosztów elektrolizera. Jednak ponieważ technologia elektrolizera alkalicznego jest już bardzo dojrzała, zakres, w jakim koszty można obniżyć dzięki innowacjom technologicznym, jest ograniczony. Wraz z dalszym rozwojem przemysłu przyszłe scenariusze zastosowań będą się nadal rozszerzać, a duża skala, niskie koszty i niskie zużycie energii są uznawane za konsensus w zakresie rozwoju przemysłu.
Klasyfikacja dróg technologicznych dla produkcji wodoru metodą elektrolizy wody
Istnieją cztery główne szlaki technologiczne produkcji wodoru poprzez elektrolizę wody: elektroliza wody alkalicznej (ALK), elektroliza wody przy użyciu membrany wymiany protonów (PEM), elektroliza tlenku stałego (SOEC) i elektroliza wody przy użyciu membrany wymiany anionów (AEM).
Elektroliza alkaliczna (ALK):Proces ten przeprowadzany jest w alkalicznym roztworze elektrolitu (zwykle KOH), gdzie jony OH- przechodzą przez membranę do anody, tracąc elektrony i wytwarzając O2, podczas gdy woda na katodzie zyskuje elektrony i wytwarzając H2 i OH-.
Elektroliza membranowa z wymianą protonów (PEM):Ta metoda elektrolizuje czystą wodę, w której cząsteczki H2O są utleniane na anodzie w celu wytworzenia tlenu i jonów H+. H+ (protony) migrują przez membranę wymiany protonów do katody pod wpływem pola elektrycznego i ulegają reakcji redukcji w celu wytworzenia gazu wodorowego.
Elektroliza tlenków stałych (SOEC):Proces ten obejmuje jonizację pary wodnej w celu wytworzenia jonów wodoru i tlenu w wysokich temperaturach, zwykle powyżej 600°C, co sprawia, że nadaje się on do produkcji pary o wysokiej temperaturze i ciśnieniu w systemach solarnych.
Elektroliza z wykorzystaniem membrany anionowymiennej (AEM):W tym procesie jako elektrolitu używa się zwykle czystej wody lub nisko stężonego roztworu alkalicznego, gdzie jony OH- przechodzą przez membranę wymienną i docierają do anody, gdzie wytwarzają wodę i tlen, podczas gdy cząsteczki wody na katodzie wytwarzają OH- i gaz wodorowy.
Porównanie tras procesów produkcji wodoru
Każda metoda ma swoje mocne i słabe strony:
Elektroliza alkaliczna (ALK)
Zalety:Obecnie jest to najbardziej dojrzała technologia charakteryzująca się niskimi kosztami sprzętu.
Ograniczenia:Żrąca ciecz; wysokie koszty eksploatacji i konserwacji; teoretyczna sprawność jest niższa niż w przypadku PEM i SOEC; trudne do zastosowania w źródłach zasilania o charakterze przerywanym.
Elektroliza membranowa z wymianą protonów (PEM)
Zalety: Wysoka adaptowalność do niestabilnych źródeł zasilania, łatwa integracja z odnawialnymi źródłami energii, jak energia wiatrowa i słoneczna; niskie koszty eksploatacji i konserwacji.
Ograniczenia:Wysokie koszty sprzętu; wymaga katalizatorów z metali szlachetnych.
Elektroliza tlenków stałych (SOEC)
Zalety:Wysoka wydajność teoretyczna; można stosować katalizatory z metali nieszlachetnych.
Ograniczenia:Środowisko reakcji o wysokiej temperaturze, ograniczone scenariusze zastosowań; nadal na etapie badań laboratoryjnych i rozwoju, a produkt nie został jeszcze wprowadzony na rynek.
Elektroliza z wykorzystaniem membrany anionowymiennej (AEM)
ZaletyŁączy zalety elektrolitu alkalicznego i PEM: niskie koszty materiałów; niska korozyjność elektrolitu (rozcieńczony roztwór alkaliczny lub woda); nie wymaga stosowania katalizatorów z metali szlachetnych.
Ograniczenia:Trudności w masowej produkcji membran anionowymiennych, nadal w fazie badawczo-rozwojowej.
Metoda elektrolizy alkalicznej jest dojrzała, PEM wykazuje duży potencjał wzrostu, natomiast SOEC i AEM mają obiecujący potencjał na przyszłość.
