世界上每少一个铂金戒指，就多一些铂用于电解水制氢…
近年来，各国都在大力发展电解水制氢
并申请了亿些专利⬇️
来源：国际可再生能源署
电解水制氢是最清洁的制氢方式
却不是最平价的方式
要大规模推广
降低成本是关键
这需要通过不断技术创新来实现
近日，欧洲专利局（EPO）和国际可再生能源署（IRENA）联合发布了《专利洞察报告：电解水制氢技术创新趋势》，分析了全球电解水制氢技术专利申请情况和技术发展趋势。
IRENA指出，要实现全球气候目标，到2050年，氢能在能源消费中的占比应达到12%。
为满足不断增长的绿氢需求，到2030年，全球电解水制氢产能应扩大700倍，即从目前的约0.5吉瓦增至350吉瓦。
通过改进电解装置、提升规模经济效益、用常见金属替代稀缺材料、提高运营效率和灵活性等举措，短期内电解水制氢成本有望降低40%，长远来看有望降低80%。
2017年，电解水制氢相关专利申请数量超过化石燃料制氢。这说明当前氢能技术研发的重点已转向电解水制氢。
电解水制氢相关专利数量增长主要来自中国，中国申请人主要关注国内市场，中国申请的相关专利中仅3%为国际专利。
从专利申请总数来看，排在中国之后的依次是日本、韩国、美国、德国和法国。
从国际专利数量来看，日本国际专利数量排在首位，之后为美国和德国，这3个国家国际专利数量加起来占国际专利总数的52%。
中国虽然专注于国内市场，但是近年来国际专利申请数量逐年增加。2018~2020年，日本国际专利申请数量逐年减少，而中国国际专利申请数量在3年间增长了38%。
国际能源署（IEA）称，目前电解水制氢只占全球氢能产能的2%左右，但该技术取代化石燃料制氢的潜力很大。
假设当前全部氢能需求均由电解水制氢技术满足，那么制氢需要的电力将达3600太瓦时，需要的水资源将达6.17亿立方米。
这一电力需求已超过欧盟的年发电量，而其用水需求相当于目前天然气制氢产业耗水量的两倍。
理想情况实际情况
仅考虑化学反应，电解水制氢，每千克氢最少消耗9千克水；
天然气制氢配合 CCUS（碳捕集、利用与封存）技术，每千克氢消耗13~18千克水；
煤气化制氢每千克氢消耗40~86千克水。
电解水制氢工艺效率低且水需进行脱矿处理，实际上，每生产1千克氢需消耗约20千克水。
海水淡化技术可以帮助解决一些用水问题，每生产1立方米淡水耗电3~4千瓦时，每千克氢的生产成本将提高1~2美分。
实际情况下，一套1吉瓦的大型电解装置以75%的效率每年运行8000小时（11个月），每年可生产15吨氢，根据每千克氢消耗20千克水计算，将消耗300万吨水，相当于一座7万人口小城的用水量。
此外，占地也是个需要考虑的问题。
据估算，1000吉瓦水电解装置占地面积相当于美国纽约曼哈顿。大型电解装置的装机容量密度接近7500兆瓦/平方千米，是陆地风电的1500倍。
也就是说，使用可再生能源电解水制氢，风电和太阳能发电都会占用大量土地，而电解装置本身占地面积较小。
电解水制氢主要有3种技术路线：碱性电解（AWE）、质子交换膜（PEM）电解和固体氧化物（SOEC）电解。
碱性电解水制氢技术最成熟、成本最低，已大规模应用。
固体氧化物电解水制氢尚未实现商业化。
PEM电解水制氢技术已实现小规模应用，相比于碱性电解操作更灵活、输出压力更高、尺寸更小，但成本更高、使用寿命较短。
成本高是PEM电解装置推广的一大障碍。
PEM电解装置的双极板使用镀金或镀铂的钛材料。考虑到阳极侧容易氧化，为增强耐用性，还要使用铱这种地球上最稀有的金属；阴极侧常使用铂。
世界上每少一个铂金戒指
就多一些铂用于电解水制氢
···
电池单元使用的稀有金属占PEM电解系统整体成本的近10%，看起来成本不高，但问题的关键在于稀有金属太少了。
全球铂的年产量约为200吨，通过回收汽车和旧电气设备可增加约20%的产量。
假设全球所有的铂都用于电解水制氢，未来10年全球可再部署2000吉瓦的电解装置，且有望通过技术创新减少铂用量，铂应该不会短缺。
不过，目前电解槽每千瓦装机容量要用1~2.5 克铱，而全球铱的年产能仅为7~7.5吨。
按目前的技术水平，预计未来10年，铱的产能仅能支持30~75吉瓦的PEM电解装置。
为避免关键材料供应短缺，还需要进一步创新以减少稀有材料的使用，并尽可能用价格低廉的材料来替代稀有金属。
策划/制作：张炅
文字：李达飞
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