电解槽跑步进入“大标方”时代 碱性与PEM谁将胜出？

21世纪经济报道记者王雪上海报道

当前，发展了200多年的电解槽在氢能领域“风头正劲”。

据业内统计，2022年以来，国内电解槽出货量达722MW，同比增长106%；且入局企业愈来愈多，市场集中度减弱，出货量前三厂商市占率达73%，同比下降约10个百分点。

21世纪经济报道记者发现，“大标方”（标方：气体容量单位）成为众多电解槽新品的最大卖点，短短一年内，碱性电解槽产氢量从1000标方/小时发展至2000标方/小时，颇有“军备竞赛”之感。

与此同时，碱性电解槽与PEM电解槽技术路线之争仍在继续，相关企业一如既往走在所选定的路线上。例如隆基氢能发布了1000标方/小时的碱性电解槽；阳光氢能则发布了200标方/小时的PEM电解槽。

但在2022年，碱性电解槽在市场端似乎更受青睐。中国石化新疆库车绿氢示范项目采购了52台1000标方碱性制氢设备。“我们也采购了一台上海电气的1500标方的碱性电解槽。”上海浦江特种气体有限公司销售经理李宗云告诉21世纪经济报道记者。

多家企业追逐“大标方”电解槽

用从“三足鼎立”到“群雄逐鹿”来形容生产电解槽企业的变化再合适不过。

公开资料显示，我国中船718所最早研究电解槽。1992年，718所的电解槽业务在市场经济的背景下出现较大分歧，裂变为苏州竞力、天津大陆、派瑞氢能三家制备电解槽的企业。

当前，随着电解槽商业市场的不断扩大，中电丰业、扬州中电、隆基氢能、苏州苏氢、凯豪达等“新势力”纷纷入局。

原因则是中国在未来是用氢大国。据中国氢能联盟预测，到2060年，中国氢气年需求将超过1.3亿吨，部署电解制氢装机容量约为500GW。

“实际上，718所的裂变仍在不断演变，上述这些生产电解槽的新势力企业均有来自苏州竞力或天津大陆的工程师，技术路线大体相同，生产的几乎都是室内电解槽。”一位氢咨询机构研究员告诉21世纪经济报道记者。

值得注意的是，“大标方”已成电解槽企业争相抢占的“制高点”。

据21世纪经济报道记者统计，2022年以来，共有21个企业发布电解槽新品，其中16家发布碱性电解槽，多款单台产氢量在1200标方/小时，部分达到2000标方/小时；5家企业发布PEM电解槽，单台产氢量最高达200标方/小时。

“企业主要从降本的层面考量，大型化单槽体制氢设备的成本相对比采购同等产量多台套设备的成本低。另外，通过提高材料或结构达到大功率产氢，使得效率更高。”一位氢咨询机构研究员告诉记者。

据了解，碱性电解槽在单位时间内产氢量与电解槽的体积大小和电解槽的运行电流密度有关。

“通过叠加电解小室单元提升单槽产量会造成电解槽体积过大、安装不便等问题；若提高电流密度，会使电解小室电压上升，从而带来单耗的提高，增大了设备的运行成本。”上述氢咨询机构研究员指出。

因此，无论采用何种办法提高电解槽产能，安全性是设备制造企业首要考量因素，一旦制作工艺不成熟，电解槽的气密性不达标，导致易燃气体泄漏，就可能引发灾难性后果。

对于PEM电解槽而言，由于与碱性电解槽结构的不同，向大标方拓展时，面临的材料和制造工艺突破等难题成倍增加。

上述氢咨询机构研究员告诉记者，例如，膜电极的尺寸会随PEM电解槽产氢量的增加而变大，这对膜电极涂布工艺是极大的考验，不是简单调整设备参数就能解决的，如何保证产品一致性和稳定性，需要对生产设备和工艺有足够深刻的理解。

短期内碱槽领跑成本

企业与资本兴奋之余不免有几分忐忑：碱性和PEM，到底哪条技术路线更容易获得订单？走得更远？

对此，扬州吉道能源有限公司执行董事、总经理岳锌在接受21世纪经济报道记者采访时指出，未来5至10年，商业化运行机会是碱性电解槽的。

其原因是，目前PEM电解槽成本是碱性电解槽的3至5倍，成本是工业产品追求的目标。

据浙商证券研究所统计，现阶段PEM电解槽使用贵金属催化剂，其中铱用量约为1.3吨/GW，而当前每克铱售价约800元。不仅如此，全球铱金属存量有限，每年产量约7至7.5吨，只能支持5.4至5.7GW的装机量。

“PEM槽使用的材料贵，采购成本高，因此折旧费高，每生产1标方氢气折旧费约是10至20元，而碱性电解槽约是3.5至5元，再加上约需要10元电费，因此，PEM电解槽生产1标方氢气总成本是25至30元，碱槽约15至20元成本。”岳锌算了一笔经济账。

尽管碱性电解槽一次性采购成本低于PEM电解槽，但效率亦是市场选择的指标之一。国内企业反映，碱性电解槽能量转换率约为70%，而PEM电解槽在80%至85%之间。荷兰氢和燃料电池联合计划项目研究员王户贵曾公开表示，碱槽效率最高达62%，PEM槽效率在60%至100%之间。

“考虑电解槽全生命周期的效率，同样的生命周期和同样的资金投入，PEM槽比碱性槽多产出30%，按照目前35元/kg氢气价格，预计PEM设备运行三年可以弥补与碱槽采购的价差。”王户贵认为。

公开资料显示，PEM电解槽与燃料电池系统结构类似，均由双极板、膜电极等部件组成，当前燃料电池系统成本以每年约30%的速度下降。“PEM电解槽有望复刻燃料电池系统的降本之路。”上述氢研究机构工作人员告诉记者。

此外，由于两者结构、用料差异，碱性电解槽存在制氢纯度低、与风光耦合性度不高，响应速度不够快等问题。

在制氢纯度方面，由于PEM电解槽使用纯水作为电解原料，产生的氢气中不会带入碱雾。“更重要的是PEM槽使用的质子交换膜气体渗透率低，而碱槽原本使用的膜是透液不透气，即使阻断了氧气但仍有渗透的可能性，目前业界也在此方面不断改进。”岳锌指出。

在响应速度方面，岳锌认为两者不具备本质差异。“当前碱槽的响应速度是千方级，而PEM槽响应速度最高达250标方，可以类比于‘航母调头比小木船慢’。业界也发现，原来PEM槽响应速度是毫秒级别，但随着产氢量的增长其响应需要3至5分钟。”

从长远看，碱性电解槽与PEM电解槽谁能“领跑”市场暂无定论。上海亿氢科技有限公司PEM电解水制氢技术负责人赵冠雷公开表示，“未来PEM槽若做到了提升制氢效率、降低贵金属载量、提升耐久性、规模化使用国产化核心材料等方面，其成本将有与碱性电解槽抗衡的优势。”