Trendy ve vývoji vodíkové energie
Energie vodíkuje druhotný zdroj energie, který je hojný, zelený, nízkouhlíkový a široce použitelný. Postupně se stává jedním z důležitých nositelů globální energetické transformace. Čína je největším producentem vodíku na světě, zpočátku zvládla klíčové technologie a procesy související s výrobou vodíku, skladováním, přepravou a doplňováním paliva, čímž vytvořila relativně kompletní průmyslový řetězec vodíkové energie. V posledních letech se čínský průmysl vodíkové energetiky rychle rozvíjí, přitahuje četné účastníky a produkuje řadu známých společností se silnou konkurenční silou. V současné době si přední společnosti v tomto odvětví vytvořily konkurenční výhody prostřednictvím posílení technologického výzkumu a vývoje, zefektivnění článků průmyslových řetězců, budování prodejních sítí a kultivace profesionálních talentů.
V budoucnu, jak se průmysl vodíkové energetiky neustále vyvíjí, poptávka zákazníků po výrobě vodíku bude stále více stoupat, což povede k silnější konsolidaci průmyslu. Podíl předních společností na trhu se bude postupně zvyšovat a bariéry vstupu do odvětví vodíkové energetiky budou stále výraznější. K dosažení cílů uhlíkového maxima a uhlíkové neutrality Čína umístila vodíkovou energii jako důležitou součást svého budoucího národního energetického systému, klíčový prostředek pro dosažení zelené a nízkouhlíkové transformace na energetických terminálech a ústřední bod pro strategické nově vznikající průmysl a budoucí průmyslový rozvoj.
V reakci na národní politiku společnosti aktivně praktikují strategii dvou uhlíků a využívají vyspělé technologie k zajištění dlouhodobého, stabilního a spolehlivého provozu. Elektrolýza alkalické vody pro výrobu vodíku se primárně opírá o technologii pro zachycení trhu, kvalitu pro jeho konsolidaci a služby pro jeho rozšíření. Poháněno poptávkou na trhu, vedenou technologií a zaměřeným na kvalitu pro reputaci, s inovacemi jako cestou rozvoje, cílem tohoto odvětví je skutečně dosáhnout nulových emisí a znečištění, dlouhé životnosti, digitálního monitorování a provozu, bezpečnosti a bezobslužných provozních režimů. , s vynikající kvalitou, včasnou dodávkou, rozumnou cenou a špičkovými službami.
Vodíková energie se může pochlubit výhodami, jako je nulové znečištění, vysoká výhřevnost a všestrannost při skladování a použití. Elektrolýza vody může využívat obnovitelnou energii a přebytečnou kolísavou elektřinu k výrobě vodíku, což z ní činí jednu z nejideálnějších a nejekologičtějších metod výroby vodíku. Proto je rozvoj elektrolýzy obnovitelné energie pro výrobu vodíku významný pro energetickou bezpečnost a snižování CO2. V současnosti se však pouze 4 % vodíku globálně vyrábí elektrolýzou vody, a to především kvůli vysokým nákladům spojeným s touto metodou, kde spotřeba elektřiny a náklady na elektrolyzér představují klíčová omezení pro použití ve velkém měřítku.
Očekává se, že pod pobídkou dvouuhlíkových cílů pokrok v technologiích výroby energie z obnovitelných zdrojů sníží ceny elektřiny a poslouží jako silný katalyzátor rozvoje průmyslu výroby vodíku při elektrolýze vody. Technologie alkalické elektrolýzy si získává pozornost pro svou nízkou cenu, dlouhou životnost a bohaté materiálové zdroje, díky čemuž je vhodná pro velkovýrobu vodíku. V aplikacích na výrobu vodíku ve velkém měřítku je však stále nutné dále zvyšovat hustotu proudu a energetickou účinnost technologie alkalické elektrolýzy, aby se zlepšily náklady na její vybavení a elektřinu. Materiály membrán a elektrod hrají v tomto procesu zásadní a nezastupitelnou roli.
Výhled do budoucna pro technologii výroby vodíku elektrolýzou vody
Náklady na výrobu vodíku elektrolýzou vody závisí především na nákladech na elektřinu, investičních nákladech elektrolyzéru a provozním zatížení, přičemž náklady na elektřinu ovlivňují citlivost výroby vodíku až o 60–70 %. S klesajícími náklady na elektřinu se bude podíl investičních nákladů na zařízení postupně zvyšovat. Budoucí hnací síly pro snižování nákladů budou pramenit především z nižších cen elektřiny, vyšší míry využití zařízení a technologického pokroku, který má snížit náklady na elektrolyzéry. Jelikož je však technologie alkalických elektrolyzérů již velmi vyspělá, rozsah, v jakém lze snížit náklady prostřednictvím technologických inovací, je omezený. S dalším průmyslovým rozvojem se budou budoucí aplikační scénáře nadále rozšiřovat a velkoobjemová, nízkonákladová a nízkoenergetická spotřeba je uznávána jako konsensus pro průmyslový rozvoj.
Klasifikace technologických cest elektrolýzy vody Výroba vodíku
Pro výrobu vodíku prostřednictvím elektrolýzy vody existují čtyři hlavní technologické cesty: alkalická elektrolýza vody (ALK), elektrolýza vody s protonově výměnnou membránou (PEM), elektrolýza pevných oxidů (SOEC) a elektrolýza vody s výměnou aniontů (AEM).
Alkalická elektrolýza (ALK): Tento proces se provádí v alkalickém roztoku elektrolytu (typicky KOH), kde ionty OH- procházejí membránou k anodě, přičemž ztrácejí elektrony za vzniku O2, zatímco voda na katodě získává elektrony za vzniku H2 a OH-.
Protonová výměnná membránová elektrolýza (PEM): Tato metoda elektrolyzuje čistou vodu, kde jsou molekuly H2O oxidovány na anodě za vzniku kyslíku a iontů H+. H+ (protony) migrují přes protonovou výměnnou membránu ke katodě pod vlivem elektrického pole a podléhají redukční reakci za vzniku plynného vodíku.
Elektrolýza pevných oxidů (SOEC): Tento proces zahrnuje ionizaci vodní páry za účelem generování vodíkových a kyslíkových iontů při vysokých teplotách, typicky nad 600 °C, díky čemuž je vhodný pro výrobu vysokoteplotní, vysokotlaké páry v solárních tepelných energetických systémech.
Aniontová výměnná membránová elektrolýza (AEM): Tento proces obvykle používá jako elektrolyt čistou vodu nebo alkalický roztok s nízkou koncentrací, kde OH- ionty procházejí přes výměnnou membránu, aby dosáhly anody, aby vytvářely vodu a kyslík, zatímco molekuly vody na katodě produkují OH- a plynný vodík.
Porovnání tras procesu výroby vodíku
Každá metoda má své vlastní silné stránky a omezení:
Alkalická elektrolýza (ALK)
Výhody: V současnosti nejvyspělejší technologie s nízkými náklady na vybavení.
Omezení: Žíravá kapalina; vysoké náklady na provoz a údržbu; teoretická účinnost je nižší než u PEM a SOEC; náročné na použití v přerušovaných zdrojích energie.
Protonová výměnná membránová elektrolýza (PEM)
Výhody: Vysoká adaptabilita na přerušované zdroje energie, snadno se integruje s obnovitelnými zdroji energie, jako je vítr a slunce; nízké náklady na provoz a údržbu.
Omezení: Vysoké náklady na vybavení; vyžaduje katalyzátory z drahých kovů.
Elektrolýza pevných oxidů (SOEC)
Výhody: Vysoká teoretická účinnost; mohou používat katalyzátory z jiných než drahých kovů.
Omezení: Vysokoteplotní reakční prostředí, omezené aplikační scénáře; stále ve fázi laboratorního výzkumu a vývoje a dosud nekomercializováno.
Aniontová výměnná membránová elektrolýza (AEM)
Výhody: Kombinuje výhody alkalického a PEM: nízké náklady na materiál; nízká korozivnost elektrolytu (zředěný alkalický roztok nebo voda); nevyžaduje katalyzátory z drahých kovů.
Omezení: Potíže s hromadnou výrobou anexových membrán, stále ve fázi výzkumu a vývoje.
Cesta alkalické elektrolýzy je vyzrálá, PEM vykazuje silný růstový potenciál, zatímco SOEC a AEM mají slibný budoucí potenciál.
