堿性電解水制氫技術被認為是成熟且成本效益比較高的電解水技術。一般采用 KOH 或 NaOH 作為電解液,濃度在 20%~30% 之間,隔膜多采取聚苯硫醚、聚砜等多孔聚合物材料。其原理為在兩個電極之間施以直流電,并用隔膜將陰陽兩極分離開來,在陰極水分子被還原,生成氫氣和氫氧根離子,生成的氫氧根離子穿過隔膜到達陽極,在陽極側失電子析氧,生成氧氣和水。堿性電解水制氫系統主要包括堿性電解槽主體和BOP輔助系統。電解槽主體由端壓板、密封墊、極板、電板、隔膜等零部件組裝而成。PEM電解水制氫技術目前設備成本較高。洛陽工業電解水制氫設備企業
電解的本質:電能推動電解質溶液中的水分子在電極上發生電化學反應,生成氫氣與氧氣。理論電量:根據法拉第定律,電極反應產物的質量與通入的電量成正比,制取1Nm3氫氣和0.5Nm3氧氣需要的電量為2390Ah,即1mol氫和0.5mol氧的理論電量為53.6Ah。電壓要求:要進行電解,必須在一對電極上加上一定的直流電壓,使電流流過電解槽。U=E+IR+ηH+ηO(操作電壓=水的理論分解電壓+電解電流x電解總電阻+氫超電壓+氧超電壓)。總電阻電壓IR(歐姆損失)由V液、V隔、V極、V接共同組成,當電解材料良好時,操作正常時,后3項影響很小,所以,操作電壓主要包括理論分解電壓、超電壓和電解液電壓損失。極間電壓或小室電壓,一般為1.8~2.5V。濟南電解水制氫設備公司在未來的研發中,制氫設備不斷迭代升級,有望在能源轉型和氫能產業中發揮更為重要的作用。
2023年全球電解水制氫項目建設的主要推動者為各國各領域企業、地方。其中,各國能源、化工及交通領域的企業是直接推動方,主要基于自身傳統業務的綠色轉型展開。如中國中石化新疆庫車綠氫項目,制取綠氫用于中石化旗下的塔河煉化替代傳統天然氣制氫;國際航運馬士基推動的丹麥Aabenraa港口綠氫制甲醇項目,為馬士基旗下的甲醇船舶提供零碳甲醇燃料。其次,各國的財政支持也是電解水制氫項目推進的重要因素,典型的如瑞典鋼鐵企業Ovako建成的綠氫替代傳統燃料冶金項目,綠氫產能約3千噸/年,其中瑞典能源署提供了30%以上的建設資金。
電解水的設備主要包括電解槽、電源和電極等組成。其中,電解槽是將水分解成氫氣和氧氣的主要裝置,一般采用的是聚合物電解槽或金屬電解槽。聚合物電解槽具有體積小、重量輕、耐腐蝕、絕緣性能好等優點,但是其耐高溫、高壓、高電流密度等方面的性能較差;金屬電解槽則具有耐高溫、高壓、高電流密度等優點,但是其重量較大、成本較高、耐腐蝕性能較差。因此,在實際應用中需要根據具體情況選擇合適的電解槽。電源是電解水過程中不可或缺的組成部分,它提供給電解槽所需的電能。在電源的選擇上,一般使用的是直流電源,因為電解水需要的是直流電能,而交流電源會導致電解槽中的電極發生電化學反應,從而影響電解效果。電極是電解水過程中起到催化作用的重要組成部分,它可以促進水分子的電解反應,從而提高電解速度和效率。電極的材料一般采用的是鉑、鈀、銥、銠等貴金屬或其合金,因為這些材料具有較好的電化學催化性能。常見的電解水制氫設備包括堿性電解水制氫設備、酸性電解水制氫設備和固體氧化物電解水制氫設備。
我國的氫能產業規劃的相關文件是相對較保守的數據,因為根據目前的一些項目規劃來看,國內的電解水制氫市場的發展和規劃文件來相比有較大差距。氫能聯盟的100GW目標是實現碳中和的重要前提,以此來分析,可以看出:目前國內已有的電解水制氫設備總計產能在1GW左右;到2023年預計有2GW左右的產能;到2025年預計有10GW的產能;到2030年預計有100GW的產能。如果在此基礎上增加國內廠家出口到國外的一些數據,世界所有國家對國內電解水制氫設備的需求量還會有相應的增幅,預計2030年在130GW左右。接近 75%的綠氫項目坐落于三北地區,約 80%的項目采用堿性電解水制氫技術。呼和浩特本地電解水制氫設備產量
燃料電池汽車被視為整個綠氫行業的先導產業,但下一步的關鍵是成本下降,同時帶動更大場景更大規模應用。洛陽工業電解水制氫設備企業
甲醇與水在一定的溫度和壓力下,通過催化劑的作用,發生催化裂解反應和一氧化碳變換反應,終產生氫氣與二氧化碳的混合氣體。這個反應系統相當復雜,涉及多個組分和反應。主要反應包括甲醇的加水裂解,生成一氧化碳和氫氣,以及一氧化碳與水反應生成二氧化碳和氫氣。經過換熱、冷凝和分離后,可以得到氫含量約為74%、二氧化碳含量約為5%以及一氧化碳含量約為5%的轉化氣。甲醇的單程轉化率高達95%以上,未反應的原料則循環使用。隨后,轉化氣通過變壓吸附裝置進行分離提純,從而獲得高純度的氫氣。PSA變壓吸附工藝是氫氣分離的重要方法。它利用氣體組份在吸附床中的吸附特性差異,實現氫氣的分離提純。在固定吸附床中,通過充填吸附劑,含氫混合氣體在特定壓力下進入吸附床。由于不同組份的吸附特性不同,它們會在吸附床的不同位置形成吸附富集區。強吸附組份(如二氧化碳)會富集在吸附床的入口端,而弱吸附組份(如氫氣)則會富集在出口端。通過這種方式,可以實現氫氣的有效分離提純。PSA變壓吸附技術能夠制取出純度高達99%~999%的氫氣。洛陽工業電解水制氫設備企業