现在世界上每年消耗的氢气在5000万吨左右,其中96%来自化石能源,*4%来自电解水,而且所用的电也并非全部来自可再生能源。绿氢是统筹解决全球气候变化、能源安全与传统产业转型升级的重要措施,伴随着以绿色低碳为特征的能源产业和技术变革在世界范围内兴起,绿氢发展将不断加速。发展绿色氢能也是促进我国实现“双碳”目标,加快我国发展方式绿色转型的强劲动力。主要表现在:能源维度:利用本土可再生能源制氢,降低化石能源进口依赖,优化能源结构,提升能源自给与稳定性。环境层面:助力各行业脱碳,尤其助力高排放行业达成碳中和,减少污染排放,改善大气质量。经济领域:催生产业链各环节新兴产业,推动传统产业低碳升级,创造大量就业岗位,促进区域协调发展。技术方面:激发多领域技术创新,增强自主创新力,利于国际合作交流,提升国际能源领域话语权。电解槽的基本组成单位是电解池。内蒙古缺氧电解水制氢设备
虽然碱性水电解工业化比较成熟,但其缺点也很明显,首先,效率低,即使有隔膜的存在,阳极生成的氧气也会扩散到阴极,扩散到阴极的氧气又被还原成水,使得电解效率变低,而且穿越到阴极的氧气会带来很严重的安全隐患。其次,电解器能承受的电流密度有限,因为液体电解质和隔膜存在,使得电解器难以在高电流密度的条件下运行。再次,由于采用液体电解质,高压条件下运行也难以实现,不利于运行管理。虽然碱性电解水技术有明显的不足,但是其应用成本低,仍是工业应用中的重点。目前越来越多的精力去研究开发碱性条件下的固体电解质聚合物薄膜代替溶液电解质和隔膜,实现碱性离子隔膜水电解(AEMWE,anion exchange membrane water electrocatalysis),能有效弥补传统碱性水电解的不足。锡林郭勒本地电解水采用PEM水电解制氢技术建造加氢站现场制备绿氢。
理论分解电压:不计任何损耗,只考虑水的自由能变化(电功),该电压用于克服电解产生的可逆电动势电解水的理论分解电压是1.23V。不过在实际操作中,由于电极极化、溶液电阻等因素,实际分解电压往往大于理论分解电压。实际分解电压:一般在1.8-2.0V左右。超电压:电流通过电极时产生极化现象,使电极电位偏离平衡值,此偏离值即为超电压。产生原因:(1)浓差极化:电极过程某些步骤迟缓,使电极表面附近的反应物离子浓度低于电解液中的浓度,电极电位偏离平衡电位。高电流密度下容易出现,但实际电解温度较高且循环,所以可忽略不计。(2)活化极化:参加电极反应的某些粒子缺少活化能来完成电子转移,使阳极上氧化反应难以释放电子,阴极上还原反应难以吸收电子,电极电位偏离平衡电位。低电流密度下容易出现。
碱性电解水制氢技术被认为是成熟且成本效益比较高的电解水技术。一般采用 KOH 或 NaOH 作为电解液,浓度在 20%~30% 之间,隔膜多采取聚苯硫醚、聚砜等多孔聚合物材料。其原理为在两个电极之间施以直流电,并用隔膜将阴阳两极分离开来,在阴极水分子被还原,生成氢气和氢氧根离子,生成的氢氧根离子穿过隔膜到达阳极,在阳极侧失电子析氧,生成氧气和水。碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和BOP辅助系统。电解槽主体由端压板、密封垫、极板、电板、隔膜等零部件组装而成。PEM电解槽的产氢纯度通常在99.99%左右。
氢气,这一无碳绿色新能源,凭借其环保安全、高能量密度、高转化效率、丰富储量以及适用性等特点,在应对环境危机和构建清洁低碳能源体系中扮演着至关重要的角色。随着化石燃料资源的日渐枯竭和能源价格的持续攀升,寻找廉价且储量丰富的替代能源制氢已成为当务之急。展望未来,生物能、太阳能、风能等可再生能源制氢在21世纪将逐渐崭露头角,但就目前而言,从天然气、甲醇、水等资源中制氢的技术仍相当有竞争力。值得注意的是,煤制氢因对环境和大气造成严重污染而不被本项目考虑,因此不在讨论之列。在选择国内制氢原料路线时,必须综合考虑原料资源的可获得性和成本因素。天然气制氢工艺虽复杂但技术成熟,甲醇制氢流程简洁且设备常见,而水电解制氢则操作简便至可实现全自动无人值守。在制氢纯度方面,天然气和甲醇制氢可达到999%,而水电解制氢在纯度更高时可达9999%。同时,不同制氢方式对场地条件也有不同要求,例如天然气制氢需考虑管道或槽车供应的便捷性,甲醇制氢则原料充足、运输储存方便,而水电解制氢的场地条件更为宽松。其优点是适用范围广,处理量大,同时没有任何排放物,环保性好。开封电解水
PEM电解槽是PEM电解水制氢装置的重要部分。内蒙古缺氧电解水制氢设备
根据《全球氢能产业发展白皮书》显示,氢能源在2022年作为能源消耗占比不足1%,预测到2050年氢能在全球能源总需求中占比将达到10%以上,并带动起十万亿规模的氢能源产业链。由此可看出,氢气的制取在未来肯定是一个新兴且充满希望的行业。我们根据氢气的生产及碳排放情况,可将氢气分为:灰氢、蓝氢、绿氢。灰氢指的是:使用化石燃料制取氢气,并对释放的二氧化碳不做任何处理;蓝氢指的是:将天然气重整,并在生产过程中利用碳捕捉、利用、储存等先进技术,减少温室气体的排放;绿氢指的是:通过使用可再生能源(如太阳能、风能、核能等)制备的氢气,在绿氢的生产过程中,是完全没有碳排放的。内蒙古缺氧电解水制氢设备