水电解是生产绿色氢气的关键工艺。对碱性电解槽、PEM 电解槽、固体氧化物电解槽（SOE）和 AEM 电解槽进行了比较分析。根据使用的电解质、电极材料、效率、资本支出和运营成本、耐用性、灵活性、温度范围、可扩展性、对环境的影响以及优势和挑战等几项标准进行评估后发现，每种类型的电解槽都有其独特之处，使其适用于不同的应用领域（见下表）。所以在未来大体上各技术路线也会是基于运营场景的差异化而各自存在。
AE 使用液态碱性溶液作为电解质以及采用镍基的电极。其特点是效率适中、资本和运营成本低、耐用性高、对环境影响小。然而，与其他一些方法相比，它们的效率较低，由于电解质具有腐蚀性，需要使用坚固的材料，而且动态操作相对受到限制。PEM 电解槽采用固体聚合物电解质膜，电极使用铂、铱等昂贵材料。它们效率高、响应时间快、电流密度大，但材料成本高、耐用性有限，而且需要纯水来防止膜降解。SOE 在高温下工作，使用固体陶瓷材料作为电解质和专用电极材料。由于工作温度高、能够利用废热以及具有与高温工艺集成的潜力，它们拥有很高的效率。然而它们需要专门的材料，另启动和关闭过程也较缓慢，而且由于热应力的影响，动态运行能力受到限制。AEM 电解槽与 PEM 类似，使用固体聚合物膜，但传导氢氧根离子。由于材料较便宜，它们的成本较低，有可能实现更高的效率，并与腐蚀性较弱的碱性电解质兼容。然而，它们的缺点是膜和电极的耐久性和稳定性有限，电流密度较低，并且也需要较高纯度的水来防止膜降解。
绿氢制造技术的选择受几个关键因素的影响，这些因素因绿氢的应用和规模而异。
主要的考虑因素与生产规模有关。PEM 电解槽通常是小规模应用的首选，因为其响应时间快、电流密度高，适合可变可再生能源。能够方便地添加或移除模块对于根据需求或可用的可再生能源扩大或缩小规模至关重要。AE 因其较低的资本成本和成熟的技术而被广泛使用。然而，PEM 电解槽因其更高的效率和能量密度而越来越受欢迎。在风能、太阳能、水能或它们的组合之间做出选择，取决于这些资源在当地的可用性和成本。由于 SOE 或 AE 具有高效率和较低运营成本的潜力，因此在大规模应用时通常会考虑使用 SOE 或 AE。与大型可再生能源项目（如风电场或太阳能园区）的整合能力对于最大限度地利用可再生能源电力至关重要。可再生能源技术成本的降低和效率的提高是降低绿色制氢成本的主要驱动力。电解技术的进步、电极和膜材料的改进以及创新的系统设计进一步推动了这一趋势。此外，支持性政策、与可再生能源的结合以及降低成本战略在使绿氢成为更具竞争力和可持续发展的能源载体方面发挥着至关重要的作用。随着这些趋势的持续，绿氢有望在广泛的应用中变得越来越可行，从而支持全球向低碳经济的转型。
确保为电解提供稳定、持续的能源供应对于高效、经济地生产绿氢至关重要。主要挑战涉及可再生能源的间歇性、电网集成和稳定性、储能以及能源管理。风能和太阳能本身具有间歇性，其取决于天气条件和一天中的有效时间。这种间歇性会导致电解槽的供电波动。另季节变化会严重影响可再生能源的可用性，尤其是太阳能和风能。现有电网可能无法处理和应对大量波动的再生能源，这样会导致供电电力削减或不稳定。将大量电力从可再生能源输送到电解制氢工厂，尤其是长距离输送也具有挑战性且成本较高。由于目前的储能技术容量有限且成本高，因此在低用电量时期储存多余的可再生能源具有挑战性。能量转换和储存过程会导致巨大的效率损失，从而会降低电解能源供应的整体效率。
潜在的解决方案包括可再生能源的多样化、储能技术的开发、电网升级和灵活性、需求响应和负荷管理、政策和监管支持以及研发。对新材料、储能技术和电网管理系统的持续研究可带来突破，提高电解能源供应的稳定性和效率。通过实施试点项目和示范项目，可以深入了解确保电解能源供应稳定所面临的实际挑战和解决方案。通过结合技术创新、基础设施升级和政策支持来应对这些挑战，就有可能确保电解能源供应的稳定性和连续性，从而促进绿氢的大规模生产。
未来的一些方向。绿色制氢的未来发展方向对于过渡到可持续和碳中和的能源系统至关重要。绿色制氢是利用太阳能、风能或水电等可再生能源通过电解水生产氢气，为依赖化石燃料的传统制氢方法提供了一种清洁的替代方法。未来绿色制氢的主要方向包括提高电解技术的效率、与可再生能源结合、扩大生产规模、降低成本、开发终端应用、国际合作和政策支持、创新商业模式以及环境和社会因素。
电解槽技术的进步对于降低绿色制氢的成本和提高效率至关重要。这包括开发更耐用、更高效的电解槽材料，以更高的电流密度和更低的能耗运行。加强绿色制氢与波动再生能源的整合至关重要。这包括开发智能电网技术和储能解决方案，以管理可再生能源的间歇性，确保制氢所需的电力供应稳定。为了满足日益增长的清洁能源需求，有必要将绿色制氢从试点和示范项目扩大到大规模商业运营。这包括建设更大规模的电解工厂，以及建立氢气运输和储存的基础设施。降低绿色氢气的成本，使其与化石燃料制氢相比具有竞争力是一个主要目标。这可以通过技术进步、规模经济以及补贴和碳定价等政策支持机制来实现。扩大绿色氢气在交通、工业和发电等各个领域的使用至关重要。这包括开发汽车燃料电池、在工业流程中使用氢作为原料或燃料，以及将氢纳入供热和发电的天然气网。就绿氢技术的研究、开发和应用开展国际合作对于分享知识和最佳实践都非常重要。
此外，可再生能源目标、碳税和研发资金等支持性政策也能加快绿色氢能的采用。有必要开发创新的商业模式，为绿氢生产和基础设施开发的高额前期成本提供资金。这包括公私合作伙伴关系、绿色债券和其他能够吸引投资的金融工具。确保绿气的生产和使用具有环境和社会可持续性非常重要。这包括评估绿氢的生命周期排放，确保电解用水的可持续性，以及考虑氢气生产和使用的社会影响。绿氢前景广阔，有可能在全球经济去碳化方面发挥重要作用。然而，要实现这一潜力，需要在技术开发、基础设施投资和政策支持方面共同努力，这也是进一步发展 HE （氢经济）的一部分。
原文始发于微信公众号（氢眼所见）：绿氢生产：电解槽技术比较与未来发展趋势
