AEM作為第三代電解水制氫技術(shù)，同時結(jié)合了ALK和PEM的低成本、高動態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點，被認為是未來規(guī)模化綠氫制取的最佳解決方案，國內(nèi)外企業(yè)也都在爭相布局AEM電解水制氫技術(shù)。

01

國內(nèi)外AEM電解槽新品和訂單情況

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

表1國內(nèi)AEM電解槽新品情況

國外主要以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)模化出貨的公司，在2019年開發(fā)了全球首款模塊化商業(yè)產(chǎn)品Electrolyser EL 2.1，目前該產(chǎn)品已升級到EL 4.0版本。

表2 國外AEM電解槽新品情況

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

表3 國內(nèi)AEM電解槽訂單情況

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

相比國內(nèi)，今年下半年以來，海外市場對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電解槽的市場需求主要來自科研示范項目、制加氫一體站、電廠、工業(yè)園區(qū)和社區(qū)樓宇等場景，暫時還沒有出現(xiàn)AEM應(yīng)用到大型綠氫項目的案例，不過氫鸞科技在應(yīng)用于綠氫項目領(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)基地啟動運行，該系統(tǒng)集成了40kW光伏陣列與30kW AEM制氫單元，實現(xiàn)了超2100小時的穩(wěn)定運行，系統(tǒng)在綠電工況下具備高波動跟隨性能，未來可大規(guī)模布局可再生能源離網(wǎng)制氫場景。

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)和驗證難點

盡管AEM電解水制氫技術(shù)已取得顯著進展，也發(fā)布了多款A(yù)EM新品，但AEM目前還沒有進入大規(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)驗證。目前，AEM技術(shù)仍需在實際運行中得到驗證，而非僅僅停留在概念驗證或小規(guī)模示范階段。在國內(nèi)市場，短期內(nèi)，離網(wǎng)場景的示范項目是AEM技術(shù)最適合的發(fā)展階段。這主要涉及兩個方面的驗證：一是新能源波動適應(yīng)能力的極限；二是運行壽命與穩(wěn)定性，即AEM系統(tǒng)在真實新能源場景下能夠運行多少小時，以及何時會出現(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、雙極板的選型與流道優(yōu)化、陰陽極催化劑的配比、設(shè)計與選型優(yōu)化、膜的機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。鑒于國內(nèi)機械加工設(shè)備精度的現(xiàn)狀，還需要從電堆設(shè)計的源頭進行裝配精密度的反向優(yōu)化。

從商業(yè)化的難題來看，除了制氫量的問題，AEM系統(tǒng)的壽命和穩(wěn)定性也是兩大挑戰(zhàn)。在綠電場景下，制氫系統(tǒng)面臨著頻繁啟停和功率波動性大的難題。當前，AEM技術(shù)能夠在低于PEM的價格下提供優(yōu)秀的波動對沖性能，但系統(tǒng)壽命相對較短。實際上，無論是AEM還是PEM，其壽命都未達到商業(yè)化的基本要求，這是全球AEM制造商需要共同突破的難題。當然，這一問題也可以通過工程手段解決，例如通過人工智能調(diào)度手段布置混合電解水系統(tǒng)（PEM+ALK或AEM+ALK）來緩解當前的難題。

目前，AEM全球供應(yīng)鏈體系仍處于初期階段。無論是核心材料的制造商還是BOP（輔助設(shè)備）制造商，其專業(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)品的競爭力。

03

AEM商業(yè)化路徑當如何走？

AEM技術(shù)的商業(yè)化路徑是一個分階段、系統(tǒng)化的過程，旨在逐步擴大技術(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：

1）零售與量產(chǎn)需求的滿足：對于小于100標準立方米/小時的氫氣需求，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。標準化、快速部署是對新技術(shù)普及的重要考量標準，從量產(chǎn)的角度來說，分布式應(yīng)用與大型綠氫消納型應(yīng)用是兩大類迅速跑量的需求形態(tài)。

2）兆瓦級分布式場景的應(yīng)用：在這一類別中，根據(jù)氫氣需求量的大小，可以配置一個或多個AEM制氫集裝箱產(chǎn)品，以迅速完成制氫系統(tǒng)的部署。在當前的市場環(huán)境下，追求綠電制綠氫的象征意義往往大于實際需求。因此，可以根據(jù)國內(nèi)外對碳中和政策的推行進度，分步驟進行制氫部署。在電價問題上，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，以進一步提升電解水系統(tǒng)的運行小時數(shù)，降低運營費用。

3）混合制氫系統(tǒng)的擴展：為了迅速擴展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，在頻繁啟停、冷熱啟動以及高頻率波動工況下存在較大的安全運行隱患。因此，需要為新能源配置超長時儲能，以使用電工況趨于平穩(wěn)，但這不僅導(dǎo)致成本大幅提升，鋰電池儲能系統(tǒng)本身也具有一定的安全風險。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對波動的強跟隨性能彌補ALK在綠電工況下的弱勢，從而在系統(tǒng)層面上大幅提升系統(tǒng)級壽命。

4）大型綠電場景的應(yīng)用：在超過10000標準立方米/小時的大型綠氫消納場景下，純ALK、純AEM或純PEM都不是最佳解決方案，因為這三種形式都不能完全解決既要安全又要便宜的難題。因此，在這類應(yīng)用場景上，早期搭建混合制氫系統(tǒng)是一個兼顧波動性與性價比的妥協(xié)方案。由于PEM的貴金屬依賴問題，在更大的制氫場景下，所需的制氫量越大，PEM對貴金屬的需求量就越大，因此PEM并不適合超大型制氫場景，因為成本不可接受。相比之下，AEM可以在大型綠氫場景下與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）配比可以逐步過渡到更大比例，進一步提升整個制氫系統(tǒng)的波動對沖性能。隨著供應(yīng)鏈的成熟與AEM性能與壽命的大幅進步，在大型制氫場景下AEM將進一步增加滲透率。

不過AEM的技術(shù)推廣和商業(yè)延展必然也需要進行從“小”到“大”的場景驗證。對于其驗證實施，徐遲認為需要經(jīng)歷7個階段的轉(zhuǎn)變：

1）小規(guī)模AEM示范系統(tǒng)的構(gòu)建與測試：此階段旨在通過搭建小規(guī)模的AEM示范系統(tǒng)，進行初步的技術(shù)驗證和性能測試，以評估AEM技術(shù)在實際應(yīng)用中的可行性和穩(wěn)定性。

2）兆瓦級AEM示范項目的實施與應(yīng)用：在小規(guī)模示范系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進一步擴大至兆瓦級的示范項目，這不僅能夠測試AEM技術(shù)在更大規(guī)模下的性能，同時也是向商業(yè)化邁進的重要一步。

3）多場景兆瓦級AEM示范項目的實施與應(yīng)用：在不同應(yīng)用場景中實施兆瓦級AEM示范項目，這有助于全面評估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)用提供堅實的數(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)化場景，這標志著AEM技術(shù)開始進入市場，滿足更廣泛的商業(yè)需求。

5）超大型制氫場景下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景中，這不僅能夠提高制氫效率，還能推動綠氫、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：早期的客戶群體，如科研機構(gòu)和示范項目，將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷�AEM產(chǎn)品有真實需求的商業(yè)客戶，這標志著AEM技術(shù)在市場上的接受度和需求的增長。

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

AEM技術(shù)因其低成本和高效能的特點，在市場中具有明顯的競爭優(yōu)勢。AEM電解槽的市場需求主要來自研究機構(gòu)、電廠等場景，隨著技術(shù)的成熟和市場驗證，AEM技術(shù)有望在局部場景的小范圍內(nèi)進行推廣應(yīng)用。隨著AEM技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，預(yù)計在未來幾年內(nèi)，AEM將在局部范圍內(nèi)實現(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)展將推動綠氫生產(chǎn)成本邁入1美元/kg時代，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。

       原文標題 : 驗證中！AEM電解水制氫如何走通商業(yè)化路徑