在“碳達峰”“碳中和”目標背景下，綠氫是必然發(fā)展趨勢，但若要大規模推廣，仍需在技術(shù)上多發(fā)力。

“在綠氫裝備產(chǎn)業(yè)上，上海有自己的優(yōu)勢?！备呋鄯逭f(shuō),上海是國內早開(kāi)始發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)的城市，“簡(jiǎn)單理解,燃料電池是用氫發(fā)電，只要反過(guò)來(lái)分解就能產(chǎn)氫。因此上海在綠氫制備的技術(shù)和材料上，有長(cháng)時(shí)間的積累和沉淀，也有一批高校和研究所的創(chuàng )新研發(fā)優(yōu)勢。因此，可以將上海打造成綠氫制備的創(chuàng )新策源地。

事實(shí)上，清耀新能源的另一家合資方——上海舜華新能源系統有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“上海舜華”)，早在2004年就已經(jīng)成立。時(shí)任同濟大學(xué)汽車(chē)學(xué)院院長(cháng)萬(wàn)鋼在上海率先推動(dòng)氫能源汽車(chē)發(fā)展。當時(shí)同濟大學(xué)孵化了兩家產(chǎn)業(yè)化公司，一家做燃料電池另一家配套加氫站，并建設了國內家加氫站——安亭加氫站,后者就是上海舜華。

“上海舜華是國內早從事加氫站和氫能制儲加核心技術(shù)的專(zhuān)業(yè)化公司?！备呋鄯褰榻B說(shuō)，在氫能產(chǎn)業(yè)熱潮之前，研究團隊已經(jīng)在制氫裝備領(lǐng)域進(jìn)行了多年的科研攻關(guān)和探索，“2016年以前,我們主要是承接從國家到上海各種課題，開(kāi)展光伏制氫、加氫、儲氫等方面的研究。2016年之后才開(kāi)始實(shí)施產(chǎn)業(yè)化布局?！钡趪?019年明確地提出大力發(fā)展氫能之前，公司業(yè)務(wù)主要圍繞加氫站和車(chē)載供氫系統開(kāi)展?！耙恢钡?020年，隨著(zhù)'雙碳’目標的提出，我們正式開(kāi)始進(jìn)軍電解水制氫領(lǐng)域；2021年，上海舜華和林洋創(chuàng )投合資成立了清耀新能源?！?/span>

電解槽是綠氫制備的核心設備。在浦東張江科學(xué)城東區，一棟有著(zhù)標準化工業(yè)廠(chǎng)房的辦公樓里，500標方的圓型電解槽被豎了起來(lái)。工人們將直徑2米的隔膜拉直,與墊片、雙極板和電極貼在一起，然后從上往下放置到電解槽里。這樣的操作要進(jìn)行200次,直到電解槽的腔室內安裝下200套這樣的組合。而每一個(gè)由隔膜、墊片、雙極板構成的“房間”，構成了電解槽小的功能單位——小室?！熬褪窃谶@樣一個(gè)個(gè)小室里，水被電解成了氫氣和氧氣?！备呋鄯逭f(shuō),隨著(zhù)綠氫產(chǎn)業(yè)的升溫,對于電解槽的需求正在快速提升中。

清耀新能源這臺重30噸的電解槽屬于技術(shù)為成熟、設備成本低的堿性電解槽。而當前針對大規模產(chǎn)業(yè)化的制氫，主要就是堿性電解槽。2022年,全球堿性電解槽累計裝機量為727MW,占電解槽總裝機規模的52%。在國內，有近200家的堿性電解槽生產(chǎn)商，市場(chǎng)競爭激烈。

“堿性電解槽行業(yè)，入局容易,做好很難?！备呋鄯逭f(shuō)，“這種電解槽結構上很簡(jiǎn)單，只要找幾張電解槽的圖紙，或是聯(lián)系下電解槽上游零部件供應商，將各種材料買(mǎi)回來(lái)，裝配疊加在一起，就能拼接成一個(gè)電解槽。但這些槽的安全性、可靠性、能耗就千差萬(wàn)別了。事實(shí)上，如果沒(méi)有成熟的設計經(jīng)驗和長(cháng)時(shí)間對工藝的摸索，用同一批材料、相同工藝，都很難制作出性能一模一樣的電解槽?！?/span>

此外“現在，堿性電解水制氫面臨很多問(wèn)題，包括電極的衰減、鍍層的脫落、隔膜的磨損和密封的失效等。而且，效率衰減也比較大，維修很不方便，要拉回廠(chǎng)家進(jìn)行維修等?！庇袑?zhuān)家指出，基于新能源電力的新應用和新場(chǎng)景，電解水制氫急需快速的技術(shù)提升和變革。

與國內產(chǎn)品相比，國外堿性電解槽在隔膜、電極，以及設計上，采用了更為先進(jìn)的技術(shù)。例如,在PPS(聚苯硫醚)隔膜基礎上，涂敷其他材料成為復合新材料，使其有更好的阻氣性和更低的面電阻；在電極基材上噴涂高性能催化劑，提升化學(xué)活性，提升單位產(chǎn)氫效率；在結構上，根據復雜的流體力學(xué)設計出能讓氫氣“產(chǎn)得快、跑得快”的導氣通道。

“多年的研發(fā)沉淀和正向開(kāi)發(fā)路徑，讓我們能夠更快地進(jìn)行產(chǎn)品升級?！备呋鄯逋嘎?清耀新能源在2022年11月發(fā)布的首款500標方的堿性電解槽，其電流密度為每平方米3000安，僅僅屬于行業(yè)的平均水平。2023年，公司迭代了新一代產(chǎn)品，通過(guò)改用高效催化劑電極提升性能，將電流密度提升到每平方米6000安,使得500標方電解槽的產(chǎn)氫量提升了1倍?，F下,公司正計劃在明年推出新型隔膜技術(shù)的三代產(chǎn)品，進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能。

當氫能源成為我國未來(lái)能源結構中不可或缺的一環(huán)時(shí)，無(wú)論是核心設備還是關(guān)鍵材料，都需要實(shí)現從無(wú)到有的突破。

目前水電解制氫有四種技術(shù)：堿性水電解、質(zhì)子交換膜水電解(PEM)、陰離子交換膜(AEM)水電解，以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。這四種技術(shù)在我國都有研發(fā)，以及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。據專(zhuān)家介紹，盡管堿性電解槽在技術(shù)上還在“摸著(zhù)石頭過(guò)河”但上游零部件和原材料基本實(shí)現了國產(chǎn)可控，且已經(jīng)以低價(jià)搶占了不少?lài)H市場(chǎng)的份額。與之相比，另一個(gè)已經(jīng)走出實(shí)驗室的質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽，國內產(chǎn)業(yè)規模要小得多，主要原因在于關(guān)鍵材料質(zhì)子交換膜生產(chǎn)技術(shù)被歐美、日本等巨頭壟斷。此外，這種電解槽使用的貴金屬催化劑也存在進(jìn)口依賴(lài)，且價(jià)格昂貴。

結合應用場(chǎng)景，闖出綠氫上游發(fā)展新路。

目前，國內大型堿性電解槽層出不窮。隆基氫能發(fā)布的單體3000標方電解槽是目前國內首臺單體大堿性電解槽。

然而，這些大型堿性電解槽基本采用圓型承壓式設計?！耙驗?國產(chǎn)堿性電解槽是中船718所引入為潛艇使用的。為了提高產(chǎn)氫密度，使用圓型帶壓結構，用螺桿在兩頭夾緊?！备呋鄯寤仡櫦夹g(shù)的發(fā)展歷程時(shí)，也對其中遇到的問(wèn)題直言不諱，“在潛艇里用幾十標方的電解槽當然沒(méi)問(wèn)題，但如果要做到上千標方的電解槽，只是把小電解槽做簡(jiǎn)單放大，就會(huì )遇到難題?！北热?因尺寸的放大會(huì )帶來(lái)中間部位重力沉降，由此導致堿液泄漏和設備失效；以及大尺寸電解槽無(wú)法現場(chǎng)維修，維修費用高、周期長(cháng)難題。

與國內堿性電解槽廠(chǎng)商“蕭規曹隨”式的開(kāi)發(fā)不同，德國蒂森克虜伯股份有限公司根據原有的氯堿槽推出了方型堿性電解槽。這種電解槽采用單元化的設計結構，多個(gè)單元疊加在一起。在高慧峰看來(lái)，這種方型電解槽的優(yōu)勢在于“只要地方足夠大，就可以組成巨型產(chǎn)氫設備”，而且“是插片式的，可以隨時(shí)取掉，維修也很方便”。國內也有部分廠(chǎng)家做類(lèi)似技術(shù)的產(chǎn)品研發(fā)，“要敢于打破成規，闖出發(fā)展新路”。

創(chuàng )新需要時(shí)間和資金,高慧峰說(shuō):“依托于股東方技術(shù)資源優(yōu)勢，我們目前正在基于市電、光伏和電化學(xué)儲能，全方位搭建500標方制氫全場(chǎng)景綜合應用示范系統。這是我們進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)測和工程化應用的重要舉措。我們將與雙方股東共同培育'風(fēng)光發(fā)電+氫儲能+氫輸配’一體化應用新模式，將堿性電解槽作為公司未來(lái)進(jìn)入綠氫產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展戰略?！?/span>

包括清耀新能源在內，越來(lái)越多的氫能企業(yè)清晰地認識到，面對綠氫應用場(chǎng)景的多樣化，很難用單一類(lèi)型的電解槽“包打天下”。大型化的路徑不僅僅是尺寸放大，也可以通過(guò)模塊化集成達到同樣的目的。清耀新能源在持續完善大型堿性電解槽等制氫設備的同時(shí)，已經(jīng)構建完成了交通、工業(yè)、儲能和發(fā)電四大領(lǐng)域的解決方案模型，從而贏(yíng)得了數個(gè)商業(yè)訂單。隨著(zhù)“雙碳”目標推進(jìn)，未來(lái)“綠電+綠氫”有望成為深度脫碳的重要解決方案。

“我們把浦東乃至上海作為企業(yè)的研發(fā)、集成中試的基地，并設置中央生產(chǎn)制造基地，開(kāi)展核心技術(shù)的研發(fā)和核心零部件的生產(chǎn)制造。根據市場(chǎng)的區域分布，在項目集聚地設置組裝中心，就近提供成套產(chǎn)品和服務(wù)?！备呋鄯逭f(shuō)，“我們要用上海的技術(shù)和創(chuàng )新去贏(yíng)得國內外綠氫制備市場(chǎng)，也希望能在上海綠氫應用落地項目中獲得更多的機會(huì )?！?/span>

從政策上講，浦東需要明確氫能定位、加強頂層設計，推動(dòng)風(fēng)電有效消納、綠氫規?；迫〖皯?，探討未來(lái)“綠氫高效制、科學(xué)用”的解決方案。此外，還需要推動(dòng)風(fēng)電與氫電的深度融合，以產(chǎn)業(yè)協(xié)同方式帶動(dòng)更多終端氫能規?；瘧冒l(fā)展,探討上下游企業(yè)更多元化的商業(yè)模式。

文章：浦東科技雜志10期刊

作者：桌爾