近日，嘉程创业流水席第208席【探讨2024即将爆发的制氢与用氢最新趋势】，邀请了苏州云帆氢能科技有限公司董事长刘建飞，主题是《PEM电解水产业化前景及挑战 》。

以下为正文部分：

氢气被分为灰氢、蓝氢和绿氢三种，而其中绿氢占比极少（仅占约1%），因此目前绿氢的市场空间较大。

目前，电解水制氢有几条技术路线：常见的碱性电解槽ALK、阴离子膜AEM、质子交换膜电解槽PEM和固体氧化物电解槽SOEC。

目前的市场呈现以碱性为主体，PEM逐渐增长的基调。美国能源部评估了几种技术路线的技术成熟度，评估显示，碱性电解槽和PEM电解槽已基本处于成熟阶段，但AEM和固体氧化物还在发展前期，距商业化应用仍有较长的距离。因此，预计在未来3～5年之内，碱性和PEM电解槽仍会占据市场的主体。在未来更长的时间，比如5～10年后，AEM和SOEC会慢慢成长起来。

电解水在社会乃至行业内都是一个很小众的领域，其原因在于成本：化石能源制氢的成本约在12.6~12.8元每千克；在原来的模式下，以0.6元每度的电价计算，碱性电解水制氢的成本约33元每千克；然而，PEM电解水的成本可能会达到31.8元每千克。这意味着，从发展逻辑来讲，电解水只适用于一些小众行业。

近年来，随着光伏发电的发展，电价也随之下降，在部分省份的价格已经达到了每度0.2-0.3元。随着电价的下降，氢气的价格也逐渐降低，已经基本上与煤制氢、副产氢持平。光伏的价格的量变带动了电解水制氢产生的质变，所以近两年制氢行业迎来了井喷式发展。

PEM制氢和碱水制氢也存在一些问题。最近，对于中石化库车项目的讨论沸沸扬扬，这也暴露了一些问题。从行业内的角度来讲，库车项目间接证明了：第一，碱性电解水并没有想象中那么成熟；第二，碱性电解水天生具有无法快速加卸载、无法频繁启停的特性，这限制了其与光伏等新能源配合。因此，2023年起，碱水制氢与PEM制氢耦合的方式开始受到越来越多的重视，这也是PEM有爆发迹象的原因。可以说，碱水与PEM搭配才能相得益彰。

碱性电解水技术较成熟，且不含贵金属，价格较低，因此，在未来5年内仍然将是市场的主流技术线，但PEM电解水体积小、功率密度高、变载能力强、启动时间快，会更适合光伏、风能等新能源的应用。PEM采用贵金属催化剂，这导致其价格更高，但我们相信，随着技术的不断突破，其成本也会逐渐降低，最终实现批量化应用。因此，短期内或许会呈现以碱性电解水为主，PEM电解水为辅的相互搭配的技术格局。

制氢后端同样存在一定问题。内蒙古、新疆的一些项目受地广人稀条件的限制，制成的氢存在运输困难问题。目前比较好的解决方案包括：第一，把氢气就近提供给当地的化工厂使用；第二，合成氨和甲醇。

合成氨所需要的氮气可以从空气中直接提取，但需要高达几个兆帕的压力和高达约800摄氏度的温度。而且，氨在国内的运输、使用受到严格的安全监管，近年合成氨在国内的推广并不算顺利。

合成甲醇的趋势较好。因为200~300度的温度已经足够合成甲醇，运输也更便利。但问题在于，甲醇需要纯粹的二氧化碳合成，因此需要和煤化工、生物质（比如秸秆）制成的二氧化碳耦合生产。电解水生成的甲醇可制成氯醇。目前氯醇在国际市场较受欢迎，一些国际海运龙头都发布了氯醇的收购邀约。在欧洲减碳的大背景下，相对甲醇而言，氯醇有1.5倍到2倍的溢价，利润率整体较高，这也进一步促进了甲醇等醇类与电解质氢耦合发展的格局。

接下来谈谈PEM在短期内的挑战。

第一个挑战是价格，在行业内，碱性电解水制氢的价格约在1000元每千瓦。但最近，在中农电发布的招标中，PEM电解水制氢的整体价格仍在约7000元~8000元每千瓦，价格仍然较高。

第二个挑战是应用，根据最近电解槽的招标统计，碱水的应用占90%以上，PEM只有个别应用。

第三个挑战是产品成熟度低。我们了解到国内做燃料电池的很多企业也在尝试做PEM电解水，很多企业甚至已经有了相关产品。但业内人士对各个厂家发布的PEM电解水产品的成熟度的评价还有所保留，产品的质量与数量仍然是问题。

燃料电解水包括三部分：双极板、催化剂和膜。从国内发展的角度看，这三个部分在降本上整体问题不大。具体来说，双极板部分的主体是钛板，只涉及一些加工、镀层的问题，也没有太大问题。主要问题在于铱，按照PEM碘水的用铱量，全球产能很难支撑其大规模的布局。

在燃料电池行业发展初期，很多人认为发展的问题在于燃料电池用铂量很大，但后来，整体铂用量越来越低。Mirai第二代只需要20克的铂（价格约5000元），下一代产品的用量预计会下降30%～40%，即只需消耗十几克铂。所以从技术的进步的角度看，对铱的需求或许也会进一步降低，从而更好地支撑PEM电解水的大规模应用。

面对挑战，行业可以做的事情包括：

第一，加大研发投入以提高产品性能和可靠性。提高性能对于本行业的发展有重要的意义。在燃料电池行业，性能提升一倍，单位的成本可降低约1/2。可以说，提高性能是降本最重要的手段。因为应用规模的限制，目前对于PEM电解水的可靠性了解有限——其是否需要大修、膜究竟能用多久等问题都尚不清楚。另外，也需要加大研发投入来提高性能或采用新结构的催化剂来降低贵金属用量。

第二，推进规模化的应用。降本在很大程度上依赖规模化的生产和制造，但目前电解槽规模化的优势仍未体现出来。如果生产数量有限，考虑到高昂的研发成本，即使槽的售价再高，也是入不敷出的。可以说，只有达到一定规模，生产成本才能够进一步降低。同时，规模化应用也能降低产品的故障率、提高产品的成熟度，进而推动更大规模的应用。在燃料电池国产化的途中，几种核心材料的国产化是“卡脖子”的重要阻碍。但国内电解水的材料达到了相当的水平：国产的膜已经基本上达到了可用的程度，催化剂性能也拥有不错的性能，虽然贵金属载量还稍高，但它已经可以作为一个产品推广。因此，PEM电解水的国产化可能会先于PEM燃料电池的国产化完成。

第三，提高产业链的响应速度。国产化后，国内研发很擅长快速迭代，而产业链的快速迭代也可以响应国产的研发模式。

总之，从从业者的角度看，PEM电解水的挑战很多，需要更多的人力和物力投入来应对这些挑战，最终实现PEM电解水的规模化应用。

以上是我的分享。

席友：PEM的落地时间大概会在什么时候？PEM最终是否真的能超过碱性电解水的出货量，如果能，会在什么时点超过？行业内如何看待这些问题？

刘建飞：可以确定的是，2024年会有一些相应的示范场景、示范应用落地，整个产业链会更加成熟。因此，我认为在2024年实现一些应用的落地或许是没有问题的。但短期内，我不认为PEM可以超过碱性。从长期来看，降本空间，特别是催化剂的降本空间是否能达到预期、多久达到预期，是PEM最终实现批量化应用的关键问题。从性价比来讲，PEM电解水的成本只要做到碱性电解水的两倍到三倍之间，就能占据不错的市场份额。

席友：PEM电解槽双极板上的镀层有什么难点？PEM镀层的成本未来能降低到什么程度？

刘建飞：从燃料电池上涨来讲，燃料电池镀层原来使用贵金属（铂、金等），后来慢慢转为碳涂层等非贵金属镀层。电解水的问题在于其工作电压较高，会达到两伏左右，在这种情况下使用碳涂层很容易分解。因此，目前PEM电解槽很难用大量碳涂层，还需要使用铂、金等贵金属涂层。金价格更贵，因此目前普遍使用铂。另外，考核涂层的技术指标、提高其导电性是很重要的。使用钛作为基材会形成氧化钛，它具有接近半导体的性质，相当于电的不良导体，这会造成槽性能的衰减。电解水最核心的指标是保证导电的长期性和耐久性。镀层要保证几万小时后，导电性仍然较好。长期性和耐久性与很多因素相关，包括涂铂的厚度、铂和基层的结合力等。

回答一下降本问题。现在降本幅度已经很大了，原来行业内镀铂用量很大——电解槽、板、网毡、技术板，把板、网、毡都需要镀铂。但现在，云帆在行业内首先引入了新方法，即把板、网、毡烧结成一个整体，这样只需在最外层镀铂，大大降低了镀铂量。

另外，镀铂的厚度也是重要影响因素。先前，行业内一般采用电镀的方法，但这样会导致其结合力出现问题。现在，行业内普遍通过燃料电池技术引入PVD工艺镀铂，镀铂的厚度可以做到几百纳米甚至几十纳米，镀铂的量就大大减少了。另一方面，阴极在氢气侧的工作单位不高，特别是扩散层，国内外很多板、槽的厂家都使用石墨（即碳纸）作为扩散层。这启发我们，可以把燃料电池上用的钛板的钛涂层转移到氢气侧来降低铂的含量。目前装成的样槽还在测试中，但我认为这是一个值得努力的方向。未来镀层用铂量可以更少，对于这一点我很有信心。

席友：目前市场有一些降本的一些催化剂，比如低铱催化剂，您认为它们是否已经达到量产可用的程度？

刘建飞：目前，几个PET膜电极厂家仍在使用比较传统的氧化铱作为催化剂。催化剂需要保持活性，催化的效率要足够高，因此，提高槽的性能，降低铱用量是必要的。另外，短期内保持活性是不足够的，需要长期内保持。铱这种贵金属催化剂在长期使用中可能会出现溶解、团聚等性状。目前终端要求以4万到6万小时为标准考核催化剂的长期活性，但是我认为这是具有挑战性的。但我认为，这是很好的尝试。

席友：未来甲醇重整制氢这个技术路线在燃料电池的应用会有前景吗？

刘建飞：目前甲醇制氢在燃料电池上的应用不算很好，因为甲醇制氢里一氧化碳含量较高，需要复杂的提纯工艺。燃料电池对一氧化碳非常敏感，一氧化碳含量达到几十ppm，即百万分之几十时，就可能导致燃料电池的寿命快速衰减，把甲醇制氢用在燃料电池上需要慎重。目前，一些中高温燃油电池工作温度能达到100多度，对一氧化碳的耐受性会大大增加。但目前中高温燃料电池比低温的燃料电池的价格更昂贵，因此这一问题的解决方案仍需进一步探索。

全文完