年8月30日，我国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产。这是国内首次规模化利用光伏发电直接制绿氢的项目。

　　该项目电解水制氢能力2万吨/年、储氢能力21万标立方、输氢能力2.8万标立方/小时。每年可减少二氧化碳排放48.5万吨。

　　绿氢，是指通过光伏发电、风电及太阳能等可再生能源电解水制氢或生物质等其他环保方式制氢，与基于碳基原料生产的灰、蓝氢相比，绿氢在制氢端实现了低碳甚至零碳排放。

　　国际可再生能源署2022年1月发布的《能源转型的地缘：氢因素》中提到，到2050年，氢能将占到全球能源使用量的12%；同时，将有30%以上的氢气用于国际贸易，这一比例高于目前的天然气。

　　因此，氢能，尤其是基于可再生能源的绿氢，将成为未来构筑低碳社会的重要环节，绿氢将重塑全球能源格局，改变世界能源贸易的竞争环境。

　　为了加快氢能技术发展，全球多国都出台了氢能顶层设计和战略路线年，欧盟发布《欧盟氢能战略》，指出将通过大规模部署氢能覆盖所有难以脱碳领域，最终实现2050年“气候中性”目标；

　　2020年，美国发布《氢能计划发展规划》，设定到2030年氢能发展的技术和经济指标，如工业和电力部门氢气价格1美元/kg，研究、开发和验证氢能转化相关技术，解决技术和市场壁垒，最终实现跨应用领域的广泛部署。

　　2023年4月，日本宣布拟修订“氢能源基本战略”，新修订纲要明确规定2040年氢气供应量达到1200万吨/年，投入约合7730亿元人民币建设大规模供应链和产业园区。

　　我国也非常重视氢能产业，特别是绿氢产业的发展。2022年3月，国家发展和改革委员会牵头制定的《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》正式出台，明确了氢能的总体战略定位——“氢能是未来国家能源体系的重要组成部分；氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体；氢能产业是战略性新兴产业和未来重点发展方向。”

　　世界经济论坛于今年6月发布的《中国绿氢发展路线图》中指出：“绿色氢能对于帮助中国实现2030年碳达峰和2060年碳中和的战略目标发挥着至关重要的作用。”

　　本文参考绿氢产业相关研报，从绿氢产业发展的背景、技术、现状、面临的挑战和发展趋势等方面进行了梳理总结，与各位同仁分享，共拓视野。

　　我国是世界上最大的氢能生产和消费国，2022年各类氢气年产量约4000万吨，同比增长32%。

　　由于目前氢气被广泛应用于航空航天、制药、能源化工、钢铁冶金、电子电力、光伏组件、食品等领域，且在燃料电池交通、发电、储能等领域潜力巨大，使用绿氢将对实现碳中和目标起到极大的推进作用，绿氢成为未来构筑低碳社会的重要环节。

　　根据国际能源署的数据，2021年全球氢气产量达到9400万吨，基本来自化石能源制氢，绿氢占比仅为0.4‰。2022年全球氢气总产量约为9813万吨。伴随世界各国减排承诺方案的推进，预计2030年全球氢气产量有望突破1.5亿吨。

　　我国丰富的可再生能源为绿氢发展提供了动力，但该产业尚处于起步阶段。目前我国生产的氢气绝大多数为灰氢，其中，煤制氢和天然气制氢占比约80%，焦炉煤气、氯碱、丙烷脱氢等工业副氢占比约19%，绿氢仅占中国氢气总产量的不到1%。

　　有关机构预测，在2030年碳达峰情景下，中国氢气年需求量将达到3715万吨；在2060年碳中和情景下，氢气年需求量将增至1.3亿吨左右，其中可再生能源制氢规模有望达到1亿吨。

　　截至2022年，我国已建成并运营绿氢项目36个，总产能约为每年3.7万吨，正在规划的绿氢项目超过300个，预计产能将达到每年350万吨。

　　据相关机构的统计数据，2022年-2023年8月，国内处于不同阶段的绿氢制甲醇或合成氨项目数量累计达到49个，其中绿色甲醇项目21个，绿氢合成氨项目28个。合计规划绿醇产能已超过510万吨，绿氢合成氨累计规划产能超570万吨。

　　2023年6月，首个万吨级新能源制氢示范项目在内蒙古鄂尔多斯成功制取第1方氢气；6月，新疆库车绿氢示范项目顺利产氢，制氢规模达到每年2万吨，标志着首次实现万吨级绿氢炼化项目全产业链贯通。

　　从地域分布上看，2023年第一季度，我国绿氢项目增量主要集中于“西北、东北、华北”地区。截至2023年3月底，“三北”地区项目数量合计占比75%，较 2022年11月的70%进一步提升。

　　相较于中国其他地区，“三北”地区在可再生能源制氢上具备独特的优势：第一，“三北”地区拥有丰富且廉价的可再生电力资源以及大量的风光指标；第二，“三北”地区拥有大量的化工企业(合成氨/合成甲醇)和炼化企业可以作为绿氢的终端应用场景，实现短距离运输应用或就地消纳。预计“三北”地区将在未来三年内成为中国的绿氢生产中心。

　　目前我国绿氢项目年规划产量都在万吨以上，其中最大的项目年绿氢规划产量达到了25万吨(搭配632台1000Nm3/h的碱性电解槽)。这些项目大多用于大规模绿色合成氨，预计将于2025年逐步开始投产。

　　根据预测，未来电解水制氢设备的出货量可能在2025年迎来井喷式增长。2023-2025年中国电解水制氢设备预计累计出货17GW，其中2025年中国电解水制氢设备的年出货量预计将超过11GW，占比达到65%，远远高于2023-2024年的年出货量。

　　据统计，国内已有一百五十多家企业布局或规划碱性电解槽的研发或生产，包括在碱性电解水制氢行业深耕多年的传统企业、近几年入局的新能源企业和装备制造企业、以及科研院校背景的氢能初创企业。

　　150多家企业中，有20家左右为2023年1月份至4月份新入局的企业。相关机构估计，大部分企业已于2022年“跑步入场”，2023年仍有一定新增但增速 将放缓。

　　但是，目前我国多数绿氢项目仍处于前期规划状态，距离投产仍需要很长时间。已建成的项目中，当前大量绿氢项目面临“运行即亏损”的问题，依然需要产业共同去解决。尽管绿氢项目现阶段在经济性、稳定性、寿命等各方面存在很多问题，但项目的火热程度在2023年并未减少。

　　从2023年绿氢项目的招标情况来看，碱性水电解技术(ALK)仍为当前的市场主流，质子交换膜水电解技术(PEM)提升空间较大；高温固体氧化物水电解技术(SOEC)相较往年发展破冰，已处于小规模示范阶段；相比之下，固体聚合物阴离子交换膜水电解技术(AEM)仍然处于研发和测试阶段。

　　SOEC是在高温下将电能和热能转化为化学能的电解设备，效率高，热机状态动载性能好，可快速双向工作，但需要高温热源。相比常温电解水，SOEC高温电水解可以提供更高的能源转化效率，但设备投资大、寿命短，适用于核电制氢及大规模热电联供等。

　　AEM水电解技术是目前较为前沿的水电解技术之一，全世界只有极少数的公司在尝试将其商业化，相关的应用和示范项目也很少。

　　因此，商业化程度、技术成熟度、单槽产能、负载范围、响应速度和经济性(LCOH)等参数，是影响电解水工艺选择的主要因素。

　　2022年，行业对碱性电解水制氢系统的关注点主要集中于设备成本；今年以来，碱性电解槽运行的稳定性、寿命及能耗受到的关注度大大增加，综合性价比成为客户关注的主要因素。

　　综合来看，2023年碱性电解水制氢系统的主要技术攻关方向包括：降低电耗；提高电解槽寿命和运行稳定性；提高单槽产气量；提高响应速度；优化设备结构设计。

　　以上技术水平的提升，将对电解槽厂家的制造工艺，以及上游关键部材的性能提出更高要求，电极、隔膜、极板尤为重要。

　　单槽产氢量方面，目前大部分绿氢项目规划的年产氢量均在万吨/年以上，对电解水制氢设备也提出了“大标方”化的需求。

　　据统计，2023年第一季度发布的碱槽新品平均单槽产氢量为1363Nm3/h，高于2022年上半年的667Nm3/h和2022年下半年的1127Nm3/h。碱槽大标方化，已成为新品迭代升级的一大趋势。

　　能耗方面，降低直流电耗，是目前直接降低电解水系统运营成本的有效路径之一。目前行业的普遍电耗水平为4.5-5.0kWh/Nm3。

　　按照电耗4.0kwh/Nm3，电价0.1元/kWh计算，则绿氢单位制氢成本可低至14.8元/kg，基本可与天然气制氢平价。若绿氢与风光、风电耦合，年利用小时提高至4000小时以上，则成本有望进一步下降至10元/kg左右，基本可以实现与煤制氢平价。

　　碱性电解槽的电极，是电化学反应发生的场所，也是决定电解槽制氢效率的关键。电极的主要性能指标为电流密度，目前业内相关厂家电极产品的电流密度基本可达到3000A/m2-3500A/m2左右。

　　降低电耗、提高综合性价比是电解槽走向规模化的关键，未来5年，绿氢降本路径清晰可见，中国绿氢产业将迎来快速发展周期，企业竞争也将加剧。

　　碱性电解槽主体是由端压板、密封垫、极板、电极、隔膜等零部件组装而成。电解槽包括数十甚至上百个电解小室，每个电解小室以相邻的2个极板为分界，包括正负双极板、阳极电极、隔膜、密封垫圈、 阴极电极6个部分。

　　国内极板材质一般采用铸铁金属板、镍板或不锈钢金属板，加工方式为：经机加工冲压成乳突结构，和极框焊接后镀镍而成。其中镍是非消耗性电极，在碱液里面不易被腐蚀。乳突结构有支撑电极和隔膜的作用，电解液可以在乳突与隔膜布形成的流道中流动、同时乳突还有输电的作用。

　　极框上分布有气道孔和液道孔，与主极板焊接的部分被称为舌板，极框最外侧为密封线区，其余为隔膜和密封垫的重合区。极框整个宽度为密封线宽度、流道区域宽度、隔膜和密封线重合区域宽度、舌板宽度。

　　用于碱性电解槽的隔膜最早使用石棉隔膜，目前主流使用的是聚苯硫醚PPS 隔膜，高性能隔膜采用的是PPS涂覆无机层的复合膜，另外科研院所研发的重点隔膜还有聚四氟乙烯树脂改性石棉隔膜、聚醚醚酮纤维隔膜、聚砜纤维隔膜等。

　　目前国内大型碱性电解槽使用的电极，大多是镍基的，如纯镍网、泡沫镍或者以纯镍网或泡沫镍为基底喷涂高活性催化剂。

　　镍网一般是由40-60目的镍丝网经过裁圆而成，镍丝的直径大约在200μm左右。镍网产品比较成熟，价格低廉，具有良好的耐酸、耐碱、耐高温等性能。

　　泡沫镍价格低廉、产品成熟，电极材料内部充满大量微孔，表面积非常大，溶液与电极的接触面积因此大大增大，缩短了传质距离，极大地提高电解反应效率。

　　涂层催化剂种类主要有两种：一种是高活性镍基催化剂，目前常见的有雷尼镍、活化处理的硫化镍、镍钼合金或者活化处理的镍铝粉等；一种是含有贵金属的催化剂(铂系催化剂，钌系催化剂，铱系催化剂等)。

　　涂层方式有喷涂、滚涂、化学镀等方式，不同方式性能和成本也会有差异。国内电解槽电极喷涂分三种:只喷涂阳极、只喷涂阴极和阴阳极全部喷涂。

　　为满足下游工业领域对氢气的大规模需求，更好的与上游光伏、风力和水力发电等可再生电力配套，质子交换膜电解槽逐渐向大功率发展，包括提高单个模块化产品的功率和基于模块化产品组成的电解槽系统的功率。

　　随着PEM电解槽向大功率、高电流密度和低成本等方向不断发展，对核心部材也提出了新挑战。如开发基于膨体聚四氟乙烯或聚醚醚酮等多孔支撑材料的全氟磺酸复合膜，降低质子交换膜的厚度，提高机械强度；开发铱合金等低铱催化剂，提高催化活性，降低铱用量；优化气体扩散层的结构和表面涂层，提高气液传输效率等;优化双极板流场机构和表面涂。