Con el apoyo y las subvenciones a gran escala, se cree que la energía del hidrógeno estará disponible comercialmente antes de lo previsto.
El 23 de marzo, la Administración Nacional de energía y la Comisión Nacional de desarrollo y reforma publicaron conjuntamente el plan a mediano y largo plazo para el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno (2021 – 2035). En el documento se señala claramente que la energía del hidrógeno es una parte importante del sistema energético nacional en el futuro y que la industria del hidrógeno se considera una nueva industria estratégica y una industria clave en el futuro.
Además, en el plan se establece el objetivo de cada etapa del desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno: para 2025, dominar básicamente la tecnología básica y el proceso de fabricación, mantener unos 50.000 vehículos de pilas de combustible, desplegar y construir una serie de estaciones de Hidrogenación, producir hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables de 100000 a 200000 toneladas anuales y reducir las emisiones de dióxido de carbono de 1 a 2 millones de toneladas anuales.
Para 2030, se formará un sistema relativamente completo de innovación tecnológica de la industria de la energía del hidrógeno, un sistema de producción y suministro de hidrógeno de energía limpia y un fuerte apoyo al objetivo de alcanzar el pico de carbono. Para 2035, se formará una ecología de aplicación múltiple de la energía del hidrógeno, y la proporción de producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables en el consumo final de energía aumentará obviamente.
Estimulado por las buenas noticias, el concepto de energía del hidrógeno en el mercado secundario levantó una marea de comercio.
Los amigos que saben algo sobre la industria deben saber que desde que la industria del hidrógeno se incorporó a la estrategia energética nacional en 2016, la industria china de la energía del hidrógeno se ha desarrollado a gran velocidad y ha comenzado a tomar forma embrionaria en cada eslabón de la cadena industrial, completando el proceso de 0 – 1 y avanzando hacia el camino de 1 – N.
Según las previsiones de la Alianza China para la energía del hidrógeno, el valor de la producción de la industria china de la energía del hidrógeno será de 1 billón de yuan entre 2020 y 2025 y de 5 billones de yuan entre 2026 y 2035. Se puede decir que el futuro de la energía del hidrógeno es el mar estrellado.
Por supuesto, todavía hay muchas tecnologías clave en la cadena industrial, como el almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido, la botella de almacenamiento de hidrógeno Tipo IV, la estación de Hidrogenación a gran escala, el costo de la pila eléctrica, etc.
Además de estos problemas, hay un problem a que no se puede abordar si no se puede avanzar en la industria del hidrógeno.
Esta es la primera puerta importante para impulsar el proceso de la industria del hidrógeno, la producción de hidrógeno. P align = “center” 01 P align = “center” Deep Death From Green Hydrogen
Con la popularización gradual del conocimiento de la energía del hidrógeno, la gente generalmente acepta las ventajas de la combustión de la energía del hidrógeno de alta eficiencia sin carbono, y también tiene una comprensión de la cadena industrial de la energía del hidrógeno.
De hecho, en términos de eficiencia energética, el valor calorífico del hidrógeno es de unos 140 MJ / kg, más de tres veces superior al de los combustibles tradicionales, como el carbón y la gasolina.
En cuanto a las reservas, el hidrógeno es el elemento más abundante del universo, que representa alrededor del 75% de la masa del universo. Los abundantes recursos hídricos de la tierra contienen una gran cantidad de energía de hidrógeno disponible para el desarrollo. En el futuro, el hidrógeno es una de las fuentes de energía más convenientes y de menor costo.
Por el contrario, el costo de los materiales metálicos de las baterías de litio, como el litio y el cobalto, representa una gran proporción del costo total de las baterías y es relativamente escaso y costoso.
En el proceso de producción de baterías se utilizarán muchos materiales metálicos, como el litio, el cobalto y el níquel. En el proceso de producción, la extracción y el procesamiento de materiales metálicos producirán un gran consumo de energía y emisiones de carbono, que pertenecen a la industria metalúrgica y química.
El hidrógeno se quema directamente o el producto de la generación de energía a través de la pila de combustible es el agua, puede lograr la verdadera emisión de carbono cero, no causa ninguna contaminación al medio ambiente. Por lo tanto, la energía de hidrógeno se llama la energía final.
De acuerdo con el orden de la cadena industrial de arriba a abajo, la cadena de la industria de la energía del hidrógeno puede dividirse en tres partes, la parte superior es la producción y el suministro de hidrógeno; La parte media es la pila de combustible y sus componentes básicos, mientras que la parte inferior es la aplicación de la pila de combustible.
En la actualidad, hay tres rutas tecnológicas maduras para la producción de hidrógeno: En primer lugar, la producción de hidrógeno a partir de la reforma de la energía fósil representada por el carbón y el gas natural, comúnmente conocida como hidrógeno Azul; En segundo lugar, la producción de hidrógeno a partir de subproductos industriales, como el gas de coquería, el gas de cola cloroalcalino y la Deshidrogenación del propano, se conoce comúnmente como hidrógeno gris; En tercer lugar, la producción de hidrógeno a partir de agua electrolítica, comúnmente conocida como hidrógeno verde.
La producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía fósiles es el principal método de producción de hidrógeno en China, mientras que la producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables es la más baja.
Las dos primeras tecnologías de producción de hidrógeno no pueden deshacerse del consumo de energía tradicional, aunque la captura y el almacenamiento de carbono (CAC) pueden reducir eficazmente las emisiones de carbono en el proceso de producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía fósiles. Pero a largo plazo, sólo el “hidrógeno verde” producido por electrólisis de agua con energía renovable puede lograr una verdadera emisión cero de carbono.
China es el mayor país productor de hidrógeno del mundo, con una producción anual de 33 millones de toneladas de hidrógeno, de las cuales 12 millones de toneladas pueden cumplir las normas de calidad del hidrógeno industrial. La capacidad instalada de energía renovable es la primera en el mundo, y tiene un gran potencial en el suministro de energía limpia y baja en carbono de hidrógeno.
En el futuro, la energía renovable abundante puede transformarse en hidrógeno verde a través del agua electrolítica, que puede proporcionar materias primas y combustibles verdes limpios y respetuosos con el medio ambiente para los sectores de alta emisión, como la construcción, el transporte y la industria, reduciendo así el uso de energía fósil y reduciendo eficazmente las emisiones de carbono.
Por lo tanto, la producción a gran escala de hidrógeno verde en el futuro es la tarea principal de la industria de la energía del hidrógeno para lograr una descarbonización profunda.
Sin embargo, el progreso real es lento y largo. Según Irena, sólo el 4% del hidrógeno en todo el mundo proviene de la producción de hidrógeno a partir de agua electrolítica, mientras que el resto proviene del carbón, el gas natural y el refinado de petróleo.
El costo de la producción de hidrógeno a partir de agua electrolítica es mucho mayor que el costo de la energía fósil.
Sin embargo, con una mayor reducción de los costos de la energía fotovoltaica y eólica, para 2030, el costo de la energía de algunos recursos renovables en China alcanzará 0,1 – 0,15 Yuan / kWh, y el costo del hidrógeno verde disminuirá gradualmente a unos 14 Yuan / kg para lograr la paridad con el hidrógeno gris.
El hidrógeno verde con propiedades de descarbonización profunda es sin duda una mejor opción, y la expansión comercial a gran escala está a la vuelta de la esquina. P align = “center” 02 P align = “center” Pem electrolyzed Water Technology
El principio básico de la producción de hidrógeno a partir del agua electrolítica es que las moléculas de agua se disocian para producir oxígeno e hidrógeno bajo la acción de la corriente directa y se separan del ánodo y el cátodo de la célula electrolítica, que se pueden dividir en cuatro rutas técnicas: electrólisis alcalina del agua, electrólisis del agua de membrana de intercambio de protones (Pem), electrólisis del agua de membrana de intercambio de aniones (AEM) y electrólisis del agua de óxido sólido (Soe).
En la actualidad, el grado de industrialización de la electrólisis alcalina del agua y la Pem es relativamente alto.
La tecnología de electrolisis alcalina del agua es la más madura, que utiliza la solución de hidróxido de potasio como electrolito y amianto como separador para separar el agua para producir hidrógeno y oxígeno.
Debido a las condiciones alcalinas, se puede utilizar un electrocatalizador metálico no noble, por lo que el costo de la célula es menor. Sin embargo, es difícil iniciar y cambiar rápidamente la carga y ajustar rápidamente la velocidad de producción de hidrógeno, por lo que la compatibilidad con las fuentes de energía renovables es pobre.
Desde el punto de vista técnico, la tecnología de electrólisis de agua Pem tiene ventajas únicas, muchos proyectos de nueva construcción comenzaron a elegir la tecnología de electrólisis Pem, en los últimos años comenzaron a ganar más cuota de mercado.
En comparación con la electrólisis alcalina del agua, la electrólisis Pem adopta la electrólisis de agua pura, sin contaminación ni corrosión. En segundo lugar, la membrana de intercambio de protones tiene una mayor conductividad de protones, y la corriente de trabajo de la célula puede mejorarse en gran medida, mejorando así la eficiencia de la electrólisis.
Mientras tanto, la tecnología de electrólisis de agua Pem puede proporcionar un rango de carga más amplio y un tiempo de inicio de respuesta más corto, y tiene una buena correspondencia con la energía hidroeléctrica, la energía eólica y la energía fotovoltaica (la fluctuación y aleatoriedad de la generación de energía son grandes), por lo que es la más adecuada para el desarrollo de la futura estructura energética.
En los últimos años, la tecnología de electrólisis de agua Pem se ha acelerado gradualmente.
En 2015, Siemens y linde gas construyeron la planta de electrólisis Pem más grande del mundo en el parque energético de Mainz, Alemania, con una Potencia instalada nominal de hasta 6 MW. Desde entonces, el número de proyectos de electrólisis Pem y la escala instalada han ido en aumento. En 2020, Air Liquide completó la construcción de un proyecto de agua electrolítica Pem de 20 MW en becancourt, Canadá.
En China, el Instituto Dalian de física química de la Academia China de Ciencias y el Instituto 718 de China Shipbuilding Industry Group están llevando a cabo la investigación y fabricación de equipos Pem para la producción de hidrógeno a partir de agua pura.
Sinopec, Sany, Longji y Sungrow Power Supply Co.Ltd(300274)
El 4 de marzo de 2021, el Grupo de centrales eléctricas Shanghai Electric Group Company Limited(601727) \
El 18 de marzo de 2021, Sungrow Power Supply Co.Ltd(300274) It is understood that the product of a single cell Power 250 kW, is currently one Cell Power of the largest Pem electrolyzer in China, but also the first production of China of 50 Standard Square Pem electrolyzer.
Cummins ganó la licitación para el primer proyecto de 2,5 mwpem.
El 15 de enero de 2022, longpan Hydrogen Energy Co., una subsidiaria de propiedad total de Jiangsu Lopal Tech.Co.Ltd(603906) ( Jiangsu Lopal Tech.Co.Ltd(603906) .sh), y el Instituto Dalian de física química de la Academia China de Ciencias iniciaron conjuntamente el proyecto de investigación y desarrollo del catalizador Pem para la producción de hidrógeno por electrólisis de agua.
Se puede ver que la escala del proyecto de electrólisis Pem en China es pequeña, la mayoría de los equipos entregados en China son células electrolíticas pequeñas. ¿Qué factores restringen la promoción de la producción de hidrógeno por electrólisis Pem? De vuelta a la fuente, necesitamos volver a la construcción de la célula Pem. P align = “center” 03 P align = “center” cuello de botella que afecta a la promoción de la producción de hidrógeno por electrólisis de agua Pem
Las principales partes de la célula electrolítica de agua Pem son la membrana de intercambio de protones, la capa catalítica del cátodo y el cátodo, la capa de difusión de gas del cátodo y el cátodo, la placa terminal del cátodo y el cátodo, etc.
La capa de difusión, la capa catalítica y la membrana de intercambio de protones constituyen el electrodo de membrana, que es el lugar principal para el transporte de materiales y la reacción electroquímica en todo el electrolyzer de agua. P align = “center” Source: Pem: the most potential electrolyzed Water Hydrogen production technology;
En cuanto al costo de la inversión, el costo de las células ha disminuido un 40% en los últimos cinco años, pero el costo de la electrólisis Pem sigue siendo al menos el doble que el del agua alcalina. La inversión y el costo de funcionamiento siguen siendo los principales problemas que deben resolverse con urgencia en la producción de hidrógeno por electrólisis de agua Pem.
La célula electrolítica es el núcleo del sistema de producción de hidrógeno por electrólisis de agua. Desde el punto de vista de la composición de costos, la proporción de células electrolíticas en el costo total del sistema de producción de hidrógeno es de aproximadamente 40% – 50%.
La membrana de intercambio de protones es el núcleo de la célula electrolítica, que no sólo transporta protones, aísla el hidrógeno y el oxígeno, sino que también proporciona apoyo al catalizador. Su rendimiento determina directamente el rendimiento y la vida útil de la célula electrolítica de agua, por lo que es muy importante en todo el equipo.
A diferencia de la producción de hidrógeno por electrólisis alcalina de agua, la membrana de intercambio de protones PFs con buena estabilidad química, conductividad de protones y separación de gas se utiliza como electrolito sólido en lugar de membrana de asbesto para la producción de hidrógeno por electrólisis de agua Pem, que puede prevenir eficazmente la transferencia de electrones y mejorar La seguridad de las células electrolíticas.
La preparación de la membrana de intercambio de protones ha sido monopolizada durante mucho tiempo por algunos fabricantes estadounidenses y japoneses, como Dupont, Gore, etc. La serie está hecha principalmente de resina PFOS, el espesor de la membrana es 10 – 15 veces mayor que la membrana de intercambio de pilas de combustible comunes, por lo que el costo total es muy alto.
En la actualidad, China Dongyue, kerun y otras empresas están desplegando activamente, la primera fase de la línea de producción de membrana de intercambio de protones de 1,5 millones de metros cuadrados de Dongyue se ha puesto en marcha y el proyecto de membrana de intercambio de protones de 1 millón de metros cuadrados de kerun también se ha iniciado. Con el avance de la tecnología China, hay un gran espacio para la sustitución de la membrana de intercambio de protones hecha en China.
En cuanto a los catalizadores de metales preciosos, el ánodo y el cátodo de los Electrodos de membrana Pem utilizan principalmente catalizadores de platino e iridio.
Sin embargo, desde el punto de vista de la distribución de los recursos aguas arriba, las reservas de estos dos metales preciosos en China son muy pequeñas, principalmente en Sudáfrica, Rusia, América del Sur y otras regiones, una vez que la producción de hidrógeno Pem se utiliza a gran escala, la industria china se enfrentará al riesgo de que las materias primas dependan en gran medida de las importaciones extranjeras en la cadena de suministro.
Al mismo tiempo, el proceso de fabricación y el nivel de capacidad de los dos catalizadores en China no pueden compararse con las marcas extranjeras como Johnson matthey, y la demanda de catalizadores de platino e iridio importados por las empresas chinas de equipos Pem sigue siendo obvia.
En cuanto a los materiales de la capa de difusión, en la actualidad se utilizan principalmente fieltro sinterizado, fieltro de titanio y fieltro de carbono en la industria, entre los cuales el fieltro de titanio es el ánodo más eficaz y el fieltro de carbono se utiliza principalmente en el cátodo.
Aunque en la actualidad muchas empresas chinas tienen productos similares en la prueba de entrega de muestras, pero el efecto general y los homólogos extranjeros tienen una gran brecha.
Además del material de relleno de ánodo de capa de difusión, las placas bipolares, las placas finales y otras partes utilizan materiales de aleación de titanio para prevenir la embriaguez por hidrógeno y mejorar la seguridad general del equipo. La aleación de titanio es difícil de mecanizar, por lo que el nivel de precisión de procesamiento de las empresas nacionales es muy alto.
En general, el desarrollo de la producción de hidrógeno a partir de Pem en China está en auge, por lo que es necesario superar muchos vínculos técnicos, lograr la comercialización a gran escala, la resistencia y el largo camino.
Sin embargo, en el futuro, la energía del hidrógeno es sin duda un rompecabezas importante, con la promoción activa del Estado y la participación del capital, la perspectiva de lograr la sustitución de la localización es más optimista. P align = “center” 04 P align = “center” Conclusion
En el contexto de la neutralización del carbono, la sustitución de las fuentes de energía tradicionales por nuevas fuentes de energía es una tendencia inevitable del desarrollo histórico.
La importancia de la energía para un país es evidente. La competencia entre países ha pasado gradualmente de la competencia por la energía tradicional a la competencia por la construcción de nuevas fuentes de energía.
Los gobiernos de todos los países están apoyando firmemente la investigación y el desarrollo de la tecnología del hidrógeno y la distribución de la industria, mediante políticas intensivas de apoyo para luchar por un paso adelante.
Con el apoyo y las subvenciones gubernamentales a gran escala, se cree que la energía del hidrógeno estará disponible comercialmente antes de lo previsto.
En la actualidad, lo primero que debemos hacer es abrir la primera puerta de la industria de la energía del hidrógeno, que es la sustitución de la tecnología de electrólisis de agua Pem hecha en China.
