周末读：氢气越来越便宜

德国最大的炼油厂-位于科隆市附近的Wesseling-每年使用18万吨氢气。壳牌表示，计划在该厂安装世界上最大的质子交换膜系统，用于制氢。

摘自光伏杂志03/2020

Jan-Justus Schmidt宣布了氢经济的一次小革命。一个小巧的设备，大约只有微波炉那么大，可以使任何家庭生产化学元素。Enapter创始人兼首席执行官表示，这些设备已经能够以低于7欧元/千克的价格生产氢气。他希望在2030年之前将这一价格降低到1.50欧元/千克。

长期以来，这似乎是一个乌托邦式的愿景–施密特能在他尝试过和失败之前实现许多目标吗？他是否可以创建一个系统来生产氢气以供自用，并用作季节性存储，从而实现能源的自给自足？只要有便宜的绿色电能为电解槽供电，目标成本是有希望的。

施密特并不是唯一进行这一革命的人。几家大小公司都在起步阶段。集中式与分布式不仅是发电中的问题。关于哪种方法更适合生产绿色氢也存在着激烈的争论。

节省潜力

原理上氢是简单的。自1800年以来电解就已经存在了。自20世纪中叶以来，称为碱性电解的方法已投入商业使用。它使用具有苛性盐溶液的阴极，阳极和电解质的电池。当施加电压时，水在碱性溶液中分解。氢在阴极形成，氧在阳极形成。在两个电极之间是一个膜，该膜仅允许带负电荷的氧和氢离子（OH-）通过，从而分离出气体。反应过程中会产生热量，利用热量可提高效率。然后必须将获得的氢气清洗，干燥并在必要时压缩。

电解质是液体，这意味着碱性电解槽需要更多外围设备，例如用于电解质，溶液洗涤和制备的泵。尽管它是目前所有电解过程中最便宜的购买方法，但维护成本相对较高。

使用质子交换膜（PEM）的最新电解方法有所不同。它颠倒了燃料电池原理，不需要液体电解质。水被压过两个电极和一个聚合物膜的堆叠。它只允许带正电的氢质子通过。铂通常在电池中用作催化剂。可以将由膜和一对电极组成的薄电池堆叠在一起以实现更好的性能。与碱性电解相比，PEM电解具有可快速响应可再生能源发电典型波动的优势。这项技术通常用于分布式系统，因为该设备维护成本低并且可以输送高质量的气体。

Enapter采用的是一种较新的阴离子交换膜（AEM）电解方法。像碱性电解一样，此方法允许带负电的离子（OH-）通过膜。AEM避免了在PEM电解中使用昂贵的贵金属作为催化剂。该方法在较小规模时也有效，使其适合分散应用。

高温电解使用的概念有所不同。在非常高的温度下传导离子的陶瓷膜将600至800摄氏度的过热蒸汽分离为氧气和氢气。由于该过程所需的大部分能量已经由热量提供，因此电能需求较低。当使用工业废热时，该废热成本很小或根本没有成本，因此该方法非常有效。以电输入来衡量，其效率高于其他方法。

价格策略

然而，最终，效率只是间接重要的。最重要的是成本。总成本包括电解器的成本，包括维护和更换破旧的膜，用于该工艺的电价以及随后的气体干燥，清洁和压缩以及运输的任何成本。

Fraunhofer ISE和IPA在2018年进行的一项研究估计，PEM电解器在一小时内生产一标准立方米氢气的投资成本约为7,000欧元。Fraunhofer ISE的化学能存储部门负责人，该研究的作者之一汤姆·斯莫林卡（Tom Smolinka）表示，与此同时，价格已降至4,500欧元至5,500欧元之间。碱性电解槽在研究时的价格分别为3,000欧元和5,500欧元，现在据说在中国要便宜得多。在进行研究时，高温电解基本上没有面向市场的应用。

Smolinka估计，膜电极单元（PEM电解池的心脏）的生产量占总成本的60-70％，而纯材料成本（包括昂贵的贵金属）仅占总成本的30-40％。此外，他补充说，大型电解槽中使用的电力电子设备目前还不是批量生产的产品，而是客户特定的一次性产品。因此，一旦销量增加，价格可能会急剧下降。Smolinka说，到目前为止，大多数电解器都是在几乎没有自动化的工作过程中制造的，甚至完全是手工制造的。“高度自动化的生产，特别是电池组件的自动化生产，就像​​PEM燃料电池已经存在的，从技术上讲不会成为问题。”但是，他补充说，当前的市场需求水平很低，阻碍了制造商进行必要的投资。

投资费用

许多市场参与者正在努力降低投资成本。ITM Power与Linde的合资企业就是一个例子，该公司计划今年在英国谢菲尔德开设一家半自动化工厂，每年生产1 GW的电解能力，主要用于兆瓦级项目，例如一在科隆。其他知名公司也宣布了重大项目，并正在扩大生产。例如，NEL目前正在为丹麦的20兆瓦项目做准备，而Hydrogenics正准备在加拿大启动一个规模较小的项目。除项目规模外，堆栈性能也在提高。当前，一般可用电输入功率为400 kW的烟囱。很快，一些参与者希望将此容量增加到1 MW。缩放大小可以降低成本。

Enapter采用不同的方法。这家意大利-德国公司坚决致力于小规格产品的生产，该产品可以大量生产，然后根据需要并排安装。创始人兼首席执行官Schmidt与计算机世界相提并论，以说明这一概念的合理性。分布式个人计算机已在很大程度上取代了大型机，因为高产量使其比少数大型机便宜。同样，与工业生产的大型中央电解槽相比，Enapter产品有望降低成本。