衣宝廉院士:先进电解水制氢技术已获突破

7月24日,氢能发展战略研讨会在中国石化集团公司举办,中国工程院院士,中国科学院大连化学物理研究所(下简称“大化所”)研究员衣宝廉通过视频连线作了专题报告,他指出能源发展的进程就是减碳的过程,氢能在能源转型中具有重要作用。可再生能源电解水制氢是未来趋势,但先进电解制氢装备技术仍面临多项挑战。

衣宝廉介绍,氢具有诸如可储运、可作为商品进行贸易,分布广泛等优点,三个因素决定了氢是合适的能源载体。一是巴黎协定应对全球气候变化的要求,本世纪下半叶将实现温室气体净零排放;二是可再生能源的高速发展,可再生能源时间上的不均匀性无法仅通过物理和化学储能解决,氢是大规模、长周期储能的必要手段;三是燃料电池汽车的技术突破,丰田产能目前已增加到1万辆。

在能源转型中,氢能具有重要的作用。可以实现大规模、高效可再生能源的消纳,在不同行业和地区间进行能量再分配,充当能源缓冲载体提高能源系统韧性。也可以降低交通运输、工业和建筑等领域中的碳排放。

衣宝廉表示,欧洲氢能战略的核心就是将可再生能源氢大规模用于工业、交通、发电、建筑等部门,为此,欧盟委员会还专门成立清洁氢联盟,提振清洁氢能的需求并促进投资。

衣宝廉强调,氢的制备技术路线主要是要用绿氢。可再生能源电解水制氢可以解决可再生能源的波动性,提高电网适应性,解决弃水、弃光、弃风的问题。可以替代石油用于汽车燃料、替代天然气用于燃气轮机发电、替代焦炭用于冶金工业。

目前主流的三类电解水制氢技术中,比较成功的是碱性水电解(AEL)和质子交换膜纯水电解(PEM),而高温蒸汽电解(SOE)仍处于实验室研发阶段。

不同的电解水制氢技术优势不同,SOE电解效率最高。PEM电解与可再生能源的功率变化适应性更匹配,产氢纯度高、氢气压力大、占地面积小,是当前各国研究应用的主力,潜力很大,目前正在进行兆瓦级示范验证。当前最为成熟的是碱性水电解技术,成本最低,经济性好,但是对可再生能源变化的适应性较低。

衣宝廉表示,PEM电解装备是目前大化所的主攻方向,其中核心部件是双极板与膜电极,所占成本也最高,而核心部件和关键材料是PEM电解的技术难点。高效电催化剂需要高性能和高稳定性,增强质子交换膜需要不断降低内阻、适应高压操作并抵御自由基攻击,膜电极则需要解决强析气条件对其结构的冲击。薄层双极板需要解决抗腐蚀性、低接触电阻和均一性流场设计,耐压电解池结构中,则要解决电池一致性和密封问题。

大化所已在诸多领域取得技术突破。其具有自主知识产权的共结晶膜电极结合力增强技术可有效增强催化剂与膜间结合力;而试制样品中,电解池多个子电池一致性也表现良好。

目前,大化所已完成PEM电解技术第三代制氢机研发,电解能耗达到国际先进水平,相关成果获得大连市科技进步一等奖,并牵头制定了国际标准。

产业化方面,国网六安兆瓦级氢能综合利用科技示范工程已在6月开工,与阳光电源成立电解制氢技术联合实验室,实现光伏、风电制氢专利技术许可转化。

衣宝廉认为,在现有储运技术中,高压储运氢是中小量用氢时最为常用的技术,而有机液态储氢技术因储运要求低,前景较好。

为解决分布在西北、西南、东北丰富的可再生能源制氢长距离运输问题,衣宝廉建议国家尽快研究利用天然气管网输氢技术。他认为,这一方式可行性高,在用户侧可根据需要提纯净化利用,或者用天然气重整制氢,每公斤氢气成本可低于40元,相较燃油具备竞争力。

来源:中国石化

2020年7月28日 09:34
浏览量:100