隨著碳達峰、碳中和、碳捕捉等目標的提出和實際操作執行的推進，未來的光電耦合中，棄電制氫一定會扮演非常重要的角色。目前常見的水解制氫主要有三種方式：堿性電解水制氫、高溫固體氫化物電解水制氫、固體聚合物電解水制氫（SPE）或PEM。

      我們本章節只重點討論PEM電解水制氫。相對其余兩種電解水制氫方式，PEM制氫由于成本和技術問題，推廣相對落后。成本和其市場規模以及技術方式有關（需要用到貴重催化劑），技術問題相對來說和目前質子交換膜（PEM）氫燃料電池有相似性，因為其原理和實現路徑是一個電化學反應的兩個逆向過程。所以整體來講，全球來看目前已經不是瓶頸了。

       一、我們先具體討論一下PEM 制氫的優缺點。

1.優點：

1）低噪音運行：可以做到白天<65Db，夜間<45Db。

2）寬泛的環境工作溫度：-20度~40度

3）高純度：不純化99.99%，純化后99.999%。意味著不純化也可滿足多數燃料電池使用。

4）快速響應：<30s（這一點非常重要，更適合風、光、水等可再生能源發電不連續，相對不穩定等場景）

5）對輸入電能的要求：（這一點也非常重要，這個電壓工作范圍很多棄電場景是可以直接使用的）

      輸入DC：400V（+/-10%）

      適配電壓輸出范圍：300V~450V

      頻率：50Hz（+/-3%）

6）相對來講整個設備的占地空間會比較小。

7）系統制氫總轉換效率在三種制氫方式中居中。（約35%左右，水消耗來源于反滲透系統消耗<1.5L,去離子水消耗<1L。合計制氫每標方氫氣消耗水量小于1.5~2.0L左右。水的消耗量和首給水的水質量有很大關系，決定了幾升水可以提取1升純水）

8）高壽命：設計使用壽命可達30年。

2.缺點：

1）目前硬件設備成本較高（是其他方式制氫5~10倍,甚至更多）

      說明：目前歐洲區域出現的最低報價已經接近50萬歐元/MW。約折合人民幣400萬元/MW。其他區域有的最高報價達到1000萬RMB/MW.

2）目前國內很少有可以大量生產使用的設備廠家。設備多數來自于歐美。比如康明斯（原水吉能），林德、西門子、法液空等企業。

     國內：山東賽克賽斯可以提供小量設備。
整體來說目前最大的問題是設備成本較高，但相信隨著市場的規模化和國內的一些企業加入和技術突破，最終會回歸到一個比較理性的價位上來。

      二、以某廠商設備看PEM制氫的基本結構

1. 工藝房（內含核心部件電解槽和各種檢測儀表、氣體純化裝置、氣水分離裝置等）

   
   

   

   1）電解槽是由單體電解單元組成，每個電解單元有一個膜電極和兩個電極板構成。是該設備的核心，也是最大價值所在。

   
   

   

2）電解槽中注入經處理／冷卻水和電流時，就可以生產氫氣和氧氣。然后氣體通過除溫器，冷凝捕集器和氣體分離器，氣體被冷卻，其中包含的水汽也被凝結下來

   2.通用房（包含控制室、電源整流系統、純水系統、冷卻系統等）

1）控制柜部分（需要對整系統的電氣、儀表進行控制，需要人機界面方便操作，一般采用PLC控制即可）

2）水處理系統部分（這部分很簡單，就是一套非常成熟的水處理系統）

3）冷卻系統部分（就是我們常見的冷卻水系統或空調系統里面的冰水機，為了維持供給水恒定的溫度，約15度左右。是一個非常簡單和常用的設備。）

4）散熱系統（一般位于整體柜體的頂部和外界連通，有利于散熱和熱交換。非常通用的設備構造，用于搭配 冰水機和管理生產過程的余熱）

綜上淺述，PEM最大的核心仍然是電解槽部分。相信隨著國內PEM相關技術的突破和更多企業的參與。PEM制氫設備的成本的快速下降也是指日可待。

原文始發于微信公眾號（氫眼所見）：PEM水解制氫淺析