三種制氫路線：“成本”短期制約，“可持續(xù)”長期。氫氣制備方式主要包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫三類。其中電解水制氫是利用水的電解反應(yīng)制備氫氣的技術(shù)，可再生電力制氫稱為“綠氫”，是零碳排、可持續(xù)的“路線”，但目前成本仍是制約其普及的瓶頸因素，其規(guī)?；瘧?yīng)用需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)推動降本。影響單位制氫成本的主要因素包括電價、單位電耗、設(shè)備單價、運(yùn)行壽命等因素。隨著后續(xù)風(fēng)光發(fā)電LCOE下降、電解槽量產(chǎn)降本、效率提升和壽命增加，電解水制氫成本有望逐步接近工業(yè)副產(chǎn)氫甚至煤制氫，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。目前，電解水制氫技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展。河北專業(yè)電解水

該技術(shù)是指使用質(zhì)子（陽離子）交換膜作為固體電解質(zhì)替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)(30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液)，并使用純水作為電解水制氫原料的制氫過程。和堿性電解水制氫技術(shù)相比，PEM電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并且，PEM電解水制氫技術(shù)工作效率更高，易于與可再生能源消納相結(jié)合，是目前電解水制氫的理想方案。但是由于PEM電解槽需要在強(qiáng)酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運(yùn)行，因此設(shè)備需要使用含貴金屬(鉑、銥)的電催化劑和特殊膜材料，導(dǎo)致成本過高，使用壽命也不如堿性電解水制氫技術(shù)。泰安附近電解水PEM電解槽由質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層和雙極板等零部件組裝而成。

陰離子交換膜電解水技術(shù)(AEM)AEM是較為新興的電解水制氫技術(shù)，尚處于研發(fā)階段。備受關(guān)注的原因是其采用陰離子交換膜作為電解質(zhì)，將ALK的低成本和PEM簡單、高效的優(yōu)點(diǎn)相融合?，F(xiàn)階段的研究重點(diǎn)陰離子交換膜材料開發(fā)和機(jī)理研究，主要以國外大學(xué)，國家實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)（如NortheasternUniversity,LosAlamos,UniversityOregon,GeorgiaTech等）。其與PEM的根本區(qū)別在于將膜的交換離子由質(zhì)子換為氫氧根離子。氫氧根離子的相對分子質(zhì)量是質(zhì)子的17倍，這使得其遷移速度比質(zhì)子慢得多。AEM的優(yōu)勢是不存在金屬陽離子，不會產(chǎn)生碳酸鹽沉淀堵塞制氫系統(tǒng)。AEM中使用的電極和催化劑是鎳、鈷、鐵等非貴金屬材料，且產(chǎn)氫的純度高、氣密性好、系統(tǒng)響應(yīng)快速，與目前可再生能源發(fā)電的特性十分匹配。但AEM膜的機(jī)械穩(wěn)定性不高，AEM中電極結(jié)構(gòu)和催化劑動力學(xué)需要優(yōu)化。AEM電解水技術(shù)處于千瓦級的發(fā)展階段，在全球范圍內(nèi)，一些研究組織/機(jī)構(gòu)正在積***力于AEM水電解槽的開發(fā)，為了擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，仍然需要一些創(chuàng)新與改進(jìn)。

理論分解電壓：不計(jì)任何損耗，只考慮水的自由能變化(電功)，該電壓用于克服電解產(chǎn)生的可逆電動勢電解水的理論分解電壓是1.23V。不過在實(shí)際操作中，由于電極極化、溶液電阻等因素，實(shí)際分解電壓往往大于理論分解電壓。實(shí)際分解電壓：一般在1.8-2.0V左右。超電壓：電流通過電極時產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使電極電位偏離平衡值，此偏離值即為超電壓。產(chǎn)生原因：(1)濃差極化:電極過程某些步驟遲緩，使電極表面附近的反應(yīng)物離子濃度低于電解液中的濃度，電極電位偏離平衡電位。高電流密度下容易出現(xiàn)，但實(shí)際電解溫度較高且循環(huán)，所以可忽略不計(jì)。(2)活化極化:參加電極反應(yīng)的某些粒子缺少活化能來完成電子轉(zhuǎn)移，使陽極上氧化反應(yīng)難以釋放電子，陰極上還原反應(yīng)難以吸收電子，電極電位偏離平衡電位。低電流密度下容易出現(xiàn)。家庭熱電聯(lián)供和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Φ吞細(xì)涞男枨笠苍诓粩嘣鲩L。

水電解制氫是利用電能將水分解為氫氣和氧氣的過程，可以用下面的化學(xué)方程式表示：2H 2O ----->2H2 + O2水電解制氫需要一個電解槽，其中有兩個電極（陽極和陰極），分別連接到電源的正負(fù)極。水在電解槽中充當(dāng)電解質(zhì)，可以傳導(dǎo)電流。當(dāng)通電時，水在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氧氣和正電荷的氫離子（H +）。而在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子與負(fù)電荷的電子（e -）結(jié)合生成氫氣。具體的反應(yīng)如下：陽極反應(yīng)：2H 2 O -----> O 2 + 4H + + 4e -陰極反應(yīng)：4H + + 4e - 2H 2水電解制氫的效率取決于所需的電壓和實(shí)際消耗的電能。理想情況下，水電解制氫只需要1.23 V的電壓，這是水分解為氫氣和氧氣所需的**小熱力學(xué)勢差。但實(shí)際上，由于電極材料、電解質(zhì)、溫度、壓力、反應(yīng)動力學(xué)等因素的影響，水電解制氫需要更高的電壓才能進(jìn)行，一般在1.8~2.4 V之間。因此，水電解制氫的效率一般在50~80%之間。堿性電解水技術(shù)是電解水技術(shù)中發(fā)現(xiàn)得早的，也是目前電解水技術(shù)中成熟的。河北專業(yè)電解水

在傳統(tǒng)制氫方法中，煤與天然氣重整等化石能源制氫是現(xiàn)今工業(yè)制氫的主流。河北專業(yè)電解水

堿性水電解制氫（ALK）設(shè)備技術(shù)成熟、投資成本低，是現(xiàn)階段商業(yè)運(yùn)行的主要設(shè)備，技術(shù)發(fā)展向擴(kuò)大設(shè)備規(guī)模、提高寬負(fù)荷調(diào)節(jié)能力、保障運(yùn)行穩(wěn)定等方向發(fā)展。質(zhì)子交換膜水電解制氫（PEM）設(shè)備成本較高，但具有能耗低和運(yùn)行靈活等優(yōu)勢，目前技術(shù)發(fā)展向加大設(shè)備功率、提高電流密度和降低成本等方向發(fā)展。陰離子交換膜水電解制氫（AEM）兼具PEM的風(fēng)光耦合以及堿性槽無貴金屬、價格低的特點(diǎn)，但是目前AEM膜壽命仍存不確定性，暫時較難適配工程化需求。固體氧化物水電解制氫（SOEC）具有高效、可逆、材料成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但在電解堆集成、電解槽堆設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電極和封接等材料及技術(shù)仍需重點(diǎn)突破。因此，SOEC、AEM等技術(shù)目前還有待進(jìn)一步研發(fā)以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。河北專業(yè)電解水