AEM作為第三代電解水制氫技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了ALK和PEM的低成本、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)規(guī)�；�綠氫制取的最佳解決方案，國(guó)內(nèi)外企業(yè)也都在爭(zhēng)相布局AEM電解水制氫技術(shù)。

01

國(guó)內(nèi)外AEM電解槽新品和訂單情況

近兩年，國(guó)內(nèi)如穩(wěn)石氫能、氫鸞科技、億緯氫能、中電綠波、泰極動(dòng)力等多家企業(yè)相繼推出AEM電解水制氫新品，市場(chǎng)活力增強(qiáng)，AEM電解槽的技術(shù)水平也在不斷提升，單模塊電解槽規(guī)模不斷擴(kuò)大。

表1國(guó)內(nèi)AEM電解槽新品情況

國(guó)外主要以Enapter公司、Ansaldo Green Tech公司、P2H2公司為代表。其中，Enapter公司為是市場(chǎng)上第一家完成商業(yè)化的AEM電解槽公司，也是目前唯一一家完成規(guī)�；�出貨的公司，在2019年開(kāi)發(fā)了全球首款模塊化商業(yè)產(chǎn)品Electrolyser EL 2.1，目前該產(chǎn)品已升級(jí)到EL 4.0版本。

表2 國(guó)外AEM電解槽新品情況

AEM電解水作為新型制氫技術(shù)，正在從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化起步階段。2023年以來(lái)，AEM電解水制氫技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用需求也初露頭角。國(guó)內(nèi)AEM電解水設(shè)備系統(tǒng)功率以及電耗取得突破性進(jìn)展；在產(chǎn)品取得初步的進(jìn)展的同時(shí)，AEM電解水設(shè)備在商業(yè)化應(yīng)用上也取得一定的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了小范圍的AEM電解槽的零售。

表3 國(guó)內(nèi)AEM電解槽訂單情況

國(guó)內(nèi)AEM電解槽從2023年的5kW項(xiàng)目應(yīng)用到2024年的1.25MW項(xiàng)目中標(biāo)，AEM市場(chǎng)取得了跨越式發(fā)展。其中深圳穩(wěn)石氫能科技有限公司中標(biāo)的全球首套單系統(tǒng)1.25MW-AEM（陰離子交換膜）電解水制氫項(xiàng)目，刷新了目前全球最大單系統(tǒng)功率AEM制氫項(xiàng)目的紀(jì)錄，開(kāi)啟了國(guó)內(nèi)兆瓦級(jí)AEM商業(yè)化應(yīng)用示范。

相比國(guó)內(nèi)，今年下半年以來(lái)，海外市場(chǎng)對(duì)AEM電解槽需求暴增，主要以Enapter為主。

表4 Enapter AEM電解槽部分訂單情況

AEM電解槽的市場(chǎng)需求主要來(lái)自科研示范項(xiàng)目、制加氫一體站、電廠、工業(yè)園區(qū)和社區(qū)樓宇等場(chǎng)景，暫時(shí)還沒(méi)有出現(xiàn)AEM應(yīng)用到大型綠氫項(xiàng)目的案例，不過(guò)氫鸞科技在應(yīng)用于綠氫項(xiàng)目領(lǐng)域取得了重大的突破，其研發(fā)的AEM離網(wǎng)制氫系統(tǒng)于2023年10月在上海研發(fā)基地啟動(dòng)運(yùn)行，該系統(tǒng)集成了40kW光伏陣列與30kW AEM制氫單元，實(shí)現(xiàn)了超2100小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)在綠電工況下具備高波動(dòng)跟隨性能，未來(lái)可大規(guī)模布局可再生能源離網(wǎng)制氫場(chǎng)景。

圖1氫鸞科技離網(wǎng)制氫系統(tǒng)

02

AEM商業(yè)化仍面臨技術(shù)和驗(yàn)證難點(diǎn)

盡管AEM電解水制氫技術(shù)已取得顯著進(jìn)展，也發(fā)布了多款A(yù)EM新品，但AEM目前還沒(méi)有進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化。

首先，AEM技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)在于其技術(shù)驗(yàn)證。目前，AEM技術(shù)仍需在實(shí)際運(yùn)行中得到驗(yàn)證，而非僅僅停留在概念驗(yàn)證或小規(guī)模示范階段。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，短期內(nèi)，離網(wǎng)場(chǎng)景的示范項(xiàng)目是AEM技術(shù)最適合的發(fā)展階段。這主要涉及兩個(gè)方面的驗(yàn)證：一是新能源波動(dòng)適應(yīng)能力的極限；二是運(yùn)行壽命與穩(wěn)定性，即AEM系統(tǒng)在真實(shí)新能源場(chǎng)景下能夠運(yùn)行多少小時(shí)，以及何時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著的性能衰減。

眾所周知，膜材料是影響AEM電堆壽命的關(guān)鍵因素，但這并非唯一因素。電堆的整體設(shè)計(jì)、雙極板的選型與流道優(yōu)化、陰陽(yáng)極催化劑的配比、設(shè)計(jì)與選型優(yōu)化、膜的機(jī)械性能與壽命的平衡優(yōu)化、膜電極的噴涂與封裝等，都是影響AEM電堆綜合性能的重要因素。鑒于國(guó)內(nèi)機(jī)械加工設(shè)備精度的現(xiàn)狀，還需要從電堆設(shè)計(jì)的源頭進(jìn)行裝配精密度的反向優(yōu)化。

從商業(yè)化的難題來(lái)看，除了制氫量的問(wèn)題，AEM系統(tǒng)的壽命和穩(wěn)定性也是兩大挑戰(zhàn)。在綠電場(chǎng)景下，制氫系統(tǒng)面臨著頻繁啟停和功率波動(dòng)性大的難題。當(dāng)前，AEM技術(shù)能夠在低于PEM的價(jià)格下提供優(yōu)秀的波動(dòng)對(duì)沖性能，但系統(tǒng)壽命相對(duì)較短。實(shí)際上，無(wú)論是AEM還是PEM，其壽命都未達(dá)到商業(yè)化的基本要求，這是全球AEM制造商需要共同突破的難題。當(dāng)然，這一問(wèn)題也可以通過(guò)工程手段解決，例如通過(guò)人工智能調(diào)度手段布置混合電解水系統(tǒng)（PEM+ALK或AEM+ALK）來(lái)緩解當(dāng)前的難題。

目前，AEM全球供應(yīng)鏈體系仍處于初期階段。無(wú)論是核心材料的制造商還是BOP（輔助設(shè)備）制造商，其專(zhuān)業(yè)度都需要大幅提升。AEM行業(yè)需要更多參與者加入，共同提升供應(yīng)鏈的成熟度以及最終產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

03

AEM商業(yè)化路徑當(dāng)如何走？

AEM技術(shù)的商業(yè)化路徑是一個(gè)分階段、系統(tǒng)化的過(guò)程，旨在逐步擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用范圍，提高效率，并降低成本。那AEM商業(yè)化路徑要如何跑通？在和香橙會(huì)研究院的交流中，氫鸞科技供應(yīng)鏈總經(jīng)理徐遲也系統(tǒng)地分享了他的觀點(diǎn)：

1）零售與量產(chǎn)需求的滿(mǎn)足：對(duì)于小于100標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)的氫氣需求，這些通常被視為零售需求，它們多樣化且往往需要定制化解決方案。標(biāo)準(zhǔn)化、快速部署是對(duì)新技術(shù)普及的重要考量標(biāo)準(zhǔn)，從量產(chǎn)的角度來(lái)說(shuō)，分布式應(yīng)用與大型綠氫消納型應(yīng)用是兩大類(lèi)迅速跑量的需求形態(tài)。

2）兆瓦級(jí)分布式場(chǎng)景的應(yīng)用：在這一類(lèi)別中，根據(jù)氫氣需求量的大小，可以配置一個(gè)或多個(gè)AEM制氫集裝箱產(chǎn)品，以迅速完成制氫系統(tǒng)的部署。在當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境下，追求綠電制綠氫的象征意義往往大于實(shí)際需求。因此，可以根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)碳中和政策的推行進(jìn)度，分步驟進(jìn)行制氫部署。在電價(jià)問(wèn)題上，可以考慮不同的用電組合形式，例如綠電加谷電，或綠電加蓄冷電價(jià)，以進(jìn)一步提升電解水系統(tǒng)的運(yùn)行小時(shí)數(shù)，降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

3）混合制氫系統(tǒng)的擴(kuò)展：為了迅速擴(kuò)展AEM的商業(yè)化應(yīng)用，在制氫工藝的組合上，可以考慮混合制氫系統(tǒng)，以進(jìn)一步降低總投資成本。目前，ALK（堿性電解）技術(shù)在綠氫應(yīng)用中更為廣泛，但由于其隔膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在頻繁啟停、冷熱啟動(dòng)以及高頻率波動(dòng)工況下存在較大的安全運(yùn)行隱患。因此，需要為新能源配置超長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，以使用電工況趨于平穩(wěn)，但這不僅導(dǎo)致成本大幅提升，鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)本身也具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。另一種可行的解決方案是將AEM或PEM與ALK組成聯(lián)合制氫系統(tǒng)，利用AEM或PEM對(duì)波動(dòng)的強(qiáng)跟隨性能彌補(bǔ)ALK在綠電工況下的弱勢(shì)，從而在系統(tǒng)層面上大幅提升系統(tǒng)級(jí)壽命。

4）大型綠電場(chǎng)景的應(yīng)用：在超過(guò)10000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)的大型綠氫消納場(chǎng)景下，純ALK、純AEM或純PEM都不是最佳解決方案，因?yàn)檫@三種形式都不能完全解決既要安全又要便宜的難題。因此，在這類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景上，早期搭建混合制氫系統(tǒng)是一個(gè)兼顧波動(dòng)性與性?xún)r(jià)比的妥協(xié)方案。由于PEM的貴金屬依賴(lài)問(wèn)題，在更大的制氫場(chǎng)景下，所需的制氫量越大，PEM對(duì)貴金屬的需求量就越大，因此PEM并不適合超大型制氫場(chǎng)景，因?yàn)槌杀静豢山邮�。相比之下，AEM可以在大型綠氫場(chǎng)景下與ALK組合混合陣列系統(tǒng)，并且從早期的10%-90%（PEM與ALK配置比例）配比可以逐步過(guò)渡到更大比例，進(jìn)一步提升整個(gè)制氫系統(tǒng)的波動(dòng)對(duì)沖性能。隨著供應(yīng)鏈的成熟與AEM性能與壽命的大幅進(jìn)步，在大型制氫場(chǎng)景下AEM將進(jìn)一步增加滲透率。

不過(guò)AEM的技術(shù)推廣和商業(yè)延展必然也需要進(jìn)行從“小”到“大”的場(chǎng)景驗(yàn)證。對(duì)于其驗(yàn)證實(shí)施，徐遲認(rèn)為需要經(jīng)歷7個(gè)階段的轉(zhuǎn)變：

1）小規(guī)模AEM示范系統(tǒng)的構(gòu)建與測(cè)試：此階段旨在通過(guò)搭建小規(guī)模的AEM示范系統(tǒng)，進(jìn)行初步的技術(shù)驗(yàn)證和性能測(cè)試，以評(píng)估AEM技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和穩(wěn)定性。

2）兆瓦級(jí)AEM示范項(xiàng)目的實(shí)施與應(yīng)用：在小規(guī)模示范系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大至兆瓦級(jí)的示范項(xiàng)目，這不僅能夠測(cè)試AEM技術(shù)在更大規(guī)模下的性能，同時(shí)也是向商業(yè)化邁進(jìn)的重要一步。

3）多場(chǎng)景兆瓦級(jí)AEM示范項(xiàng)目的實(shí)施與應(yīng)用：在不同應(yīng)用場(chǎng)景中實(shí)施兆瓦級(jí)AEM示范項(xiàng)目，這有助于全面評(píng)估AEM技術(shù)在多樣化環(huán)境下的適應(yīng)性和可靠性，為后續(xù)的商業(yè)化應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

4）AEM技術(shù)的分布式商業(yè)化應(yīng)用：在驗(yàn)證了AEM技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性后，將其應(yīng)用于分布式商業(yè)化場(chǎng)景，這標(biāo)志著AEM技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，滿(mǎn)足更廣泛的商業(yè)需求。

5）超大型制氫場(chǎng)景下AEM/ALK協(xié)同制氫應(yīng)用：探索AEM技術(shù)與ALK（堿性電解）技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，特別是在大型制氫場(chǎng)景中，這不僅能夠提高制氫效率，還能推動(dòng)綠氫、綠醇/氨、SAF（可持續(xù)航空燃料）等氫基能源的應(yīng)用。

6）供應(yīng)鏈成熟與AEM電堆壽命的顯著提升：隨著供應(yīng)鏈的成熟和AEM電堆壽命的顯著提升，AEM技術(shù)將具備更廣泛的應(yīng)用潛力，為未來(lái)的商業(yè)化鋪平道路。

7）從科研示范到商業(yè)需求的轉(zhuǎn)變：早期的客戶(hù)群體，如科研機(jī)構(gòu)和示范項(xiàng)目，將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)AEM產(chǎn)品有真實(shí)需求的商業(yè)客戶(hù)，這標(biāo)志著AEM技術(shù)在市場(chǎng)上的接受度和需求的增長(zhǎng)。

通過(guò)這一系列有序的步驟，AEM技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程將更加穩(wěn)健和可持續(xù)。每一步都是基于前一步的成果，逐步推進(jìn)，確保技術(shù)的成熟度和市場(chǎng)的接受度同步提升。

AEM技術(shù)因其低成本和高效能的特點(diǎn)，在市場(chǎng)中具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。AEM電解槽的市場(chǎng)需求主要來(lái)自研究機(jī)構(gòu)、電廠等場(chǎng)景，隨著技術(shù)的成熟和市場(chǎng)驗(yàn)證，AEM技術(shù)有望在局部場(chǎng)景的小范圍內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。隨著AEM技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)，AEM將在局部范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)�；瘧�(yīng)用，形成百兆瓦的應(yīng)用規(guī)模。AEM技術(shù)的發(fā)展將推動(dòng)綠氫生產(chǎn)成本邁入1美元/kg時(shí)代，使綠氫、綠氨、綠醇有望大規(guī)模應(yīng)用于能源、交通和工業(yè)領(lǐng)域脫碳。

       原文標(biāo)題 : 驗(yàn)證中！AEM電解水制氫如何走通商業(yè)化路徑