电解水制氢系统主要由电解槽、分离器、洗涤器、冷却器、供水、加碱等设备组成。电解槽是电解水制氢系统的**设备,为了降低水的电阻,提高电解效率,必须在水中加入NaOH或KOH电解质,配成30%左右的碱液注入电解槽。制氢环节是双碳目标的提出使“绿氢”成为减碳脱碳的重要途径。其中,电解水制氢是重要的制取绿氢的方法。电解水制氢规模的提升,也使电解槽市场迅速增长。根据HengCe(恒策咨询)的统计及预测,2023年全球水电解制氢设备市场销售额达到了11.96亿美元,预计2030年将达到171.4亿美元,年复合增长率(CAGR)为45.6%(2024-2030)。地区层面来看,中国市场在过去几年变化较快,2023年市场规模为百万美元,约占全球的%,预计2030年将达到百万美元,届时全球占比将达到%。电解水制氢过程中需要的主要设备包括:电解槽、气液分离装置、补水配碱装置制氢电源及热工控制等。宁夏工业电解水
电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和辅助系统(BOP)。碱性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,电解槽包括数十甚至上百个电解小室,由螺杆和端板把这些电解小室压在一起形成圆柱状或正方形,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。碱性电解槽主要成本构成为:电解电堆组件45%和系统辅机55%;电解槽成本中55%是膜片及膜组件。内蒙古小型电解水制氢设备价格水电解制氢的效率取决于所需的电压和实际消耗的电能。
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。
在电解水制氢时,水发生电化学反应,在阴极产生氢气,在阳极产生氧气。纯水作为电解质时,为弱电解质,电离程度低,且导电能力较差,因此往往会在水溶液中加入容易电离的电解质用于增加电解液的导电性。碱性电解质制氢的效果较好,不会腐蚀电极和电解池中的设备,通常采用浓度为20%~30%的KOH或者NaOH溶液作为电解质,并且通常用镀镍钢板或者镍铜铁作为阳极催化剂,镀有镍或者镍钴合金的钢材则作为阴极催化剂,运行时,施加的电压一般在1.9 V到2.6 V之间。通过直接电解纯水产生高纯氢气(不加碱),电解池只电解纯水即可产氢。
灰氢是指通过化石燃料(如煤炭、石油、天然气等)燃烧或重整制取的氢气。在生产过程中,会释放大量的二氧化碳,因此被称为“灰氢”。这种制氢方式成本较低,但对环境影响较大,是目前全球主要的氢气生产方式。蓝氢是在灰氢的基础上,应用碳捕集与封存技术(CCUS),将生产过程中产生的二氧化碳捕获并封存,从而减少碳排放。虽然蓝氢的碳排放强度相对较低,但由于需要额外的碳捕集和封存技术,其生产成本较高。绿氢目前没有统一定义,国内俗称的绿氢就是可再生氢,即通过使用可再生能源(例如太阳能、风能、核能等非化石能源)制造的氢气。现阶段电解水是主要的将这些外部能源吸收并生产出氢气的方式,力争实现零碳排放。绿氢价格受电价、设备成本、运行成本、绿氢市场及政策等影响,目前与蓝氢相比仍不具优势。河南电解水制氢设备厂家
氢气是一种轻而高活性的气体,具有很多科学用途。宁夏工业电解水
电解水制氢,即通过电能将水分解为氢气与氧气的过程,该技术可以采用可再生能源电力,不会产生CO2和其他有毒有害物质的排放,从而获得真正意义上的“绿氢”。电解水制氢原料为水、过程无污染、理论转化效率高、获得的氢气纯度高,但该制氢方式需要消耗大量的电能,其中电价占总氢气成本的60%~80%。碱性电解水制氢技术已有数十年的应用经验,在20世纪中期就实现了工业化,商业成熟度高,运行经验丰富,国内一些关键设备主要性能指标均接近于国际先进水平,单槽电解制氢量大,易适用于电网电解制氢。但是,该技术使用的电解质是强碱,具有腐蚀性且石棉隔膜不环保,具有一定的危害性。宁夏工业电解水
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