Tình hình hiện tại và xu hướng phát triển của ngành công nghiệp máy điện phân hydro [Hội nghị thượng đỉnh năng lượng mới]

Tại Diễn đàn Phát triển Công nghiệp Năng lượng Hydro - Triển lãm Công nghiệp Năng lượng Mới lần thứ 10 (2025) do Công ty TNHH Công nghệ và Thông tin SMM (SMM) tổ chức, ông Shi Yong, Tổng kỹ sư của Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng Hydro Trina Yuan Giang Tô, đã phân tích chủ đề "Tình hình hiện tại và xu hướng phát triển của ngành công nghiệp máy điện phân sản xuất hydro". Tình hình phát triển Vị trí chiến lược của năng lượng hydro Định vị chiến lược: 1. Năng lượng hydro là một thành phần quan trọng của hệ thống năng lượng quốc gia trong tương lai. 2. Năng lượng hydro là một phương tiện truyền tải quan trọng để thực hiện chuyển đổi xanh và giảm phát thải carbon trong tiêu thụ năng lượng của người dùng cuối. 3. Ngành công nghiệp năng lượng hydro là một ngành công nghiệp mới nổi chiến lược và là hướng đi quan trọng cho phát triển công nghiệp trong tương lai. Điện phân nước để sản xuất hydro Phân tích thị trường Theo báo cáo của Nexbind Insight Market Research, dung lượng thị trường của các máy điện phân sản xuất hydro dự kiến sẽ vượt 10 tỷ USD vào năm 2030, với tốc độ tăng trưởng hơn 25,8% từ năm 2024 đến năm 2030. Điện phân nước bằng oxit rắn nhiệt độ cao để sản xuất hydro Điện phân nước bằng oxit rắn nhiệt độ cao để sản xuất hydro (SOEC) Nguyên lý: SOEC có thể được coi là hoạt động ngược lại của Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC). Nguyên lý làm việc của nó liên quan đến việc sử dụng tính dẫn điện ion của chất điện phân oxit rắn ở nhiệt độ cao (600-1000°C) để điện phân phân tử nước thành hydro và oxy. Ứng dụng: Năng lượng hạt nhân, luyện kim hydro và các kịch bản khác tạo ra nhiệt thải công nghiệp đáng kể, giảm phát thải carbon. Tình hình phát triển: Hiện đang trong giai đoạn vận hành thử nghiệm thương mại hạn chế. Ưu điểm của SOEC 1. Hiệu quả cao, tiêu thụ năng lượng thấp: Hiệu quả điện phân nhiệt độ cao tăng 20-50%, tiết kiệm 20-30% điện năng. 2. Chi phí thấp: Nguyên liệu chủ yếu là bột gốm, không có kim loại quý. Kết hợp với nhiệt thải bên ngoài, tiết kiệm điện có thể lên đến ~50%. 3. Khả năng đảo ngược: SOEC có thể linh hoạt chuyển đổi giữa chế độ điện phân và SOFC, tạo thành chu trình "điện-hydro-điện". 4. Xanh và giảm phát thải carbon: Được thúc đẩy bởi năng lượng tái tạo, tích hợp với nhiệt tổng hợp hóa học, cho phép tái chế carbon dioxide và nước đã thu giữ thành khí tự nhiên tổng hợp, xăng, methanol hoặc amoniac. Tình hình phát triển SOEC Nhược điểm của sản phẩm: 1. Yêu cầu cao về vật liệu, khó sản xuất điện cực đơn lớn. 2. Khởi động và vận hành phức tạp. 3. Công nghệ niêm phong khó. 4. Ứng dụng hạn chế và hiệu ứng quy mô. 5. Độ trưởng thành công nghệ thấp, hiện đang trong giai đoạn chuyển đổi từ phòng thí nghiệm sang thương mại. Hướng phát triển: 1. Độ bền vật liệu và ổn định hệ thống trong môi trường nhiệt độ cao. 2. Sản xuất quy mô lớn và kiểm soát chất lượng của tế bào đơn và stack. 3. Cải thiện ổn định và tuổi thọ của stack. 4. Tăng cường điều khiển kết hợp với năng lượng tái tạo. Điện phân nước bằng màng trao đổi proton để sản xuất hydro Nguyên lý: Máy điện phân PEM sử dụng một polymer rắn xốp làm chất điện phân và là vật cách điện giữa anốt và catốt. Tại anốt, phân tử nước trải qua quá trình oxy hóa để tạo ra oxy; tại catốt, ion hydro đi qua màng trao đổi proton dưới điện trường và kết hợp với electron để tạo ra hydro. Ưu điểm của máy điện phân màng trao đổi proton (PEM): 1. Đáp ứng nhanh, vận hành tải rộng: Có thể thích ứng với các đầu vào năng lượng thay đổi nhanh chóng, đặc biệt là điện gió và điện mặt trời xanh dao động. 2. Khởi động và dừng nhanh: Hệ thống có thể khởi động và dừng nhanh, phù hợp cho các ứng dụng như trạm tiếp nhiên liệu hydro. 3. Cấu trúc nhỏ gọn: Áp suất một mặt, cấu trúc nhỏ gọn, diện tích chiếm dụng nhỏ. 4. Xanh và sạch: Được thúc đẩy bởi năng lượng tái tạo, điện phân nước tinh khiết, không gây ô nhiễm, hydro có độ tinh khiết cao. Tình hình phát triển của máy điện phân màng trao đổi proton (PEM) Nhược điểm của sản phẩm: 1. Sản lượng hydro mỗi tế bào nhỏ. 2. Hiệu suất chưa đủ (so sánh trong nước và quốc tế): Các thành phần chính, mật độ dòng điện, tiêu thụ năng lượng DC đơn vị, lượng kim loại quý, v.v. 3. Chi phí cao: Quá trình chuẩn bị phức tạp cho màng trao đổi proton, chất xúc tác kim loại quý và màng điện cực. 4. Độ bền cần được cải thiện: Màng trao đổi proton dễ bị căng thẳng cơ học, ăn mòn hóa học và lão hóa; chất xúc tác kim loại quý dễ bị kết tụ và nhiễm độc. Hướng phát triển: 1. Cải thiện hiệu suất và ổn định: Tối ưu hóa màng trao đổi proton (khả năng vận chuyển proton, ổn định), cấu trúc máy điện phân. 2. Giảm chi phí: Nội địa hóa các vật liệu thay thế màng proton, giảm lượng sử dụng chất xúc tác kim loại quý; cải thiện quá trình chuẩn bị màng điện cực. 3. Áp suất làm việc cao: Tăng cường hơn nữa khả năng chịu áp suất một mặt, cải thiện tính đồng nhất vật liệu, giảm chi phí thiết bị tiếp theo. Điện phân nước bằng màng trao đổi anion để sản xuất hydro Điện phân nước bằng màng trao đổi anion để sản xuất hydro (AEM) Nguyên lý: Sản xuất hydro bằng AEM sử dụng nước tinh khiết hoặc kiềm có nồng độ thấp làm chất điện phân. Nước thấm từ anốt qua màng AEM đến catốt, nơi xảy ra quá trình giải phóng hydro, tạo ra OH- và hydro. OH- dẫn điện qua màng AEM đến anốt, nơi xảy ra quá trình giải phóng oxy. Tình hình phát triển của máy điện phân màng trao đổi anion (AEM) Ưu điểm của sản phẩm: Khởi động và dừng nhanh: Màng AEM có độ dẫn ion tốt, cho phép khởi động và dừng nhanh máy điện phân. Phía giải phóng hydro áp dụng áp suất ~3MPa, loại bỏ sự cần thiết phải loại bỏ oxy khỏi hydro. Đáp ứng năng lượng tái tạo nhanh, linh hoạt. Chi phí thấp: Có thể sử dụng vật liệu chất xúc tác không kim loại quý. Nhược điểm của sản phẩm: 1. Màng AEM: Tổng hợp vật liệu phức tạp, hiệu ứng quy mô hạn chế, chi phí cao, tuổi thọ ngắn. 2. Màng AEM có độ sưng đáng kể, khó chuẩn bị tế bào đơn lớn. 3. Chất xúc tác catốt chủ yếu vẫn là Pt/C, với mật độ dòng điện thấp hơn so với PEM. 4. Công nghệ chưa trưởng thành, trong giai đoạn đầu thương mại hóa. Hướng phát triển: 1. Cải thiện vật liệu màng: Phát triển các màng AEM có độ dẫn điện cao, khả năng chọn lọc ion và ổn định kiềm lâu dài. 2. Tối ưu hóa điện cực: Phát triển các chất xúc tác không kim loại quý hiệu suất cao. 3. Tăng mật độ dòng điện hơn nữa. Điện phân nước kiềm để sản xuất hydro Điện phân nước kiềm để sản xuất hydro (ALK) Nguyên lý: Điện phân nước kiềm sử dụng dung dịch kiềm làm chất điện phân. Dưới dòng điện trực tiếp, catốt trải qua quá trình khử, nhận electron để tạo ra hydro và ion hydroxit; anốt trải qua quá trình oxy hóa, với ion hydroxit mất electron để tạo ra oxy và nước. Tình hình phát triển của máy điện phân kiềm (ALK) Hệ thống điện phân nước kiềm hiện tại chủ yếu bao gồm máy điện phân, thiết bị tách khí-lỏng và thiết bị lọc. Ưu điểm của sản phẩm: Chi phí thấp: Vật liệu điện cực tương đối rẻ tiền, sử dụng chất xúc tác không kim loại quý. Hiệu suất điện phân: Trong điều kiện tải đầy, máy điện phân thế hệ thứ hai của Trina Yuan Hydrogen có thể đạt hiệu suất khoảng 85%. Vận hành tải rộng: Có thể vận hành ổn định trong phạm vi mật độ dòng điện rộng (25%-130%), yêu cầu thấp về chất lượng điện đầu vào, tương thích với nhiều nguồn năng lượng. Khả năng mở rộng: Thích hợp cho các dự án sản xuất hydro xanh quy mô lớn. Tình hình phát triển của máy điện phân kiềm (ALK) Các vấn đề cần giải quyết: Hiệu suất điện phân; phạm vi công suất thấp hẹp; tốc độ đáp ứng chậm; độ chính xác thấp trong thiết kế trường dòng; khởi động và dừng thường xuyên dẫn đến ổn định vật liệu kém. Hướng phát triển: 1. Nghiên cứu và phát triển công nghệ và đổi mới: Thiết kế cấu trúc điện cực, màng chắn, máy điện phân, nghiên cứu khả năng chống ăn mòn vật liệu, nghiên cứu và mô phỏng hệ thống. 2. Sản xuất tiêu chuẩn hóa: Thiết lập hệ thống sản xuất tiêu chuẩn hóa, lựa chọn các bộ phận chất lượng cao. 3. Quản lý năng lượng: Cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng, xây dựng hệ thống năng lượng tích hợp "gió-mặt trời-hydro-lưu trữ". 4. Bảo trì và quản lý thiết bị: Thiết lập khái niệm vòng đời đầy đủ, vận hành thông minh. Phân tích so sánh máy điện phân Máy điện phân tế bào đơn quy mô lớn Cuộc tranh luận "Hình vuông" so với "Hình tròn" Tóm tắt và so sánh bốn công nghệ điện phân nước Nhấp để xem báo cáo đặc biệt về Triển lãm Công nghiệp Năng lượng Mới lần thứ 10 (2025).

SMM

Tình hình hiện tại và xu hướng phát triển của ngành công nghiệp máy điện phân hydro [Hội nghị thượng đỉnh năng lượng mới]

Công nghệ tái chế pin lithium đối mặt với nhiều thách thức. Công nghệ tập trung sâu năng lượng thấp DRCC® giảm đáng kể chi phí [Hội nghị Năng lượng Mới].

CCIE 2025: Các ứng dụng cao cấp định hình lại ngành công nghiệp chế biến đồng của Trung Quốc