PEM制氢：风光绿氢理想搭档
Edited By: ForceInstitute
PEM制氢行业：资本、技术、市场和政策推动发展
◆ 供给端：各类型企业开始布局，兆瓦级产品层出+材料国产化。
◆ 需求端：项目激增+风光大基地带来的消纳问题亟待解决。
◆ 政策端：标准出台+技术扶持+资金补助。
1）PEM 制氢正实现从0 到 1 突破，即供给端（资本进场、国产技术突破）、需求端（风光消纳痛点、项目激增）和政策端催化，成本下降亦有望加速商业化。
2）预计2025 年乐观情形，国产PEM 电解槽设备成本下降 40%，叠加电费、电耗下降，2025 年制氢成本有望下降四成（相较基准情形）。
3）碱性+PEM 组合，经济性和实用性兼备。
01.构造+原理：独特的质子交换膜
质子交换膜电解槽（Proton Exchange Membrane Water Electrolysis，PEMWE）是一种新型电解槽，主要由膜电极（MEA）、气体扩散层（GDL）、双极板组成。
PEM电解槽主要组成部分
其中膜电极是“三明治”结构：阴极催化剂层、质子交换膜（PEM）、阳极催化剂层。
PEM电解槽和单体结构
原理：利用电能将H2O 分解，从而在阳极侧产生 O2 和 H+。O2 离开装置，而H+穿过质子交换膜。电子通过外部电路循环，到达阴极侧还原H+产生 H2。
质子交换膜电解槽工作反应原理
02.应用：风光耦合制氢、绿氢化工、燃料电池、热能
针对上游间歇性可再生能源储能需求：风光耦合制氢，消纳风能、光能等可再生能源，将其转化为更易储存、能量密度高的绿氢。PEM 制氢技术启动时间短，响应速度快，由于其相较于碱性电解槽更灵活的特点，能够与可再生能源耦合，更好地兼容并成为其残余电量的缓冲。
PEM 产业路线
针对和下游产业的联合应用：
1）作为化工原料和来自工业废气或空气中捕集的 CO2 合成甲烷、甲醇以及费托合成产品；
2）直接作为能源应用，PEM 的高纯度氢气可以为燃料电池汽车提供动能，减轻交通运输行业造成的尾气污染；
3）家庭供暖和工业高品质热源；
4）和来自空气的氮气进行 Haber-Bosch 合成氨;
5）高品质氢气进行电子器件加工。
03.PEM 行业供给端：兆瓦级产品层出+材料国产化
国内电解槽规格不断突破。目前派瑞氢能、阳光氢能、赛克赛斯、淳华氢能、长春绿动等多家公司都推出了单槽产氢量 200Nm?/h 以上的产品，PEM 电解槽单槽产氢量正朝着300Nm?/h 及以上发展。
国内部分PEM 电解槽企业产品及规格
核心材料的国产化取得重要进展：
膜电极（MEA）：此前在燃料电池领域占据市场优势的代表企业如鸿基创能、武汉理工氢电、擎动科技、亿氢科技等已经在 PEM 制氢膜电极市场开拓方面取得成就。鸿基创能 2022 年 12 月，开通国内首条、设备全部国产化且制造工艺进一步升级的电解水制氢 CCM 卷对卷生产线，年产能规模能达到30 万平米。淳华氢能开发出高效膜电极制备技术。2023 年6 月，莒纳科技PEM膜电极在第三方权威机构完成样品测试，预计于年底正式投产。
国内膜电极主流企业
质子交换膜：东岳未来氢能已经构建了完整的质子膜全产业链布局；氢辉能源已成功自主研发 80-100 微米等不同型号质子交换膜，2023 年七月，4GW 质子交换膜产线正式投产；科润新材料、东材科技、浙江汉丞、泛亚微透等公司实现了质子交换膜批量化供货。
催化剂：中科科创已对催化剂进行批量对外供货。2023 年七月，中国石油石化院实现PEM 催化剂量产。贺利氏贵金属已建立氢能相关催化剂的完整产业链，预计 2023 年内将率先实现氧化铱的国产化，2024 年上半年实现铂碳催化剂的国产化，并将逐步引入下一代低负载量的 PEM 电解槽铱催化剂，有望可节约高达 90%的铱。济平新能源、氢电中科、枡水新能源、中自催化、龙蟠科技、深圳航天科技创新研究院、凯大催化等均已开发出了PEM 制氢用催化剂产品。
气体扩散层：国内可以提供 PEM 制氢钛纤维毡产品的企业主要包括玖昱科技、金通科技、西安菲尔特、动量守恒、惠同新材、中钛国创、安泰环境等。玖昱科技当前钛纤维毡的产能为3000 平米/月。可以提供带镀层处理的气体扩散层产品的企业包括浙江菲尔特、铂瑞电极、亿安腾、亿海鑫等。
双极板：上海治臻推出PEM 电解槽专用的钛板双极板。浙江菲尔特自主研发创新的蚀刻 PEM 水电解金属双极板，已达到 100%批量国产化。云帆氢能推出 4 款国产PEM 电解水双极板。金泉益 PEM 钛极板年产能可实现 7 万片/年，在PEM 制氢用双极板上建立了自有内部标准与国标（际）标准。淳华氢能开发出高性价比双极板设计技术。浙江菲尔特自主研发创新的蚀刻 PEM水电解金属双极板，已达到 100%批量国产化。
04.政策端：标准出台+技术扶持+资金补助
文件出台助力行业发展。2023 年 8 月8 日，中国六部门发布的《氢能产业标准体系建设指南（2023 版）》制定水电解氢标准，进一步规范 PEM 电解槽行业。2022 年12 月，吉林省人民政府发布《支持氢能产业发展若干政策措施（试行）》公布了一系列项目，包括吉电股份大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目和国家电投长春氢能产研基地 100 兆瓦级PEM 制氢设备中试产线项目等。2023 年 8 月 22 日，国家发改委等十部门印发《绿色低碳先进技术示范工程实施方案》鼓励可再生能源制氢。美国 IRA 对PEM 制氢税免，英国将 2023 年电解氢目标从 5GW 至10GW。
资金补助和技术扶持推广PEM电解槽行业。Elogen2023 年初透露从法国政府获得 8600 万欧元来发展 PEM 电解槽工厂，美国国防部 2023 年为NEL 投入560 万美元以开发PEM电解槽。2023 年，氢辉能源的电解堆产业项目获得补助 1000 万元。中石化兆瓦级 PEM 示范项目因为补贴落户濮阳，预计年底建成，产能可达每年 360 吨。
