9月14-16日，由中國汽車工程學會與國際氫能燃料電池協會（籌）共同主辦的第五屆FCVC大會於上海汽車會展中心召開。中國科學院大連化學物理研究所研究員、高效電解制氫研究組長俞紅梅到場並發表了以質子交換膜電解水制氫技術為主題的演講，以下為文字實錄：
從宏觀講，由遠即近，現在在這裡都要講氫，大家都有共識。現在的氫有不同的顏色，有灰氫、藍氫、綠氫，分別從哪兒來？燃料電池我們用的氫大多數工業副產氫，開始用的時候我們先解決燃料電池車的「溫飽」問題，先有燃料，燃料至於是不是灰氫、綠氫、藍氫，對這個行業發展是不是好我們顧及不到。我們現在用工業副產氫，燃料電池發展到一定程度的時候，我們才考慮我們氫的顏色是不是對，現在感覺正在從灰氫向藍氫過渡，綠氫是回歸我們做氫燃料電池的一個根本，我們初心就是不要碳排放，最終目標是用綠氫。
以我們現在的需求來講，我們做科研，要講需求。2020年，今年新冠肺炎疫情以來，我們可以羅列出這樣一些動態，比如說國際上可再生能源署NEA發表的最新的想法是到2030年可再生能源在全球電力份額應增加一倍以上，但增加一倍實際上在全球是一個比較虛無縹渺的概念，在我國實際上目前可再生能源並不能完全的利用，所以說這個可再生能源怎麼利用，對我們來說是一個問題。
再看歐盟委員會，歐盟委員會對這個氫能源給予了格外關注，尤其後疫情時期對經濟恢復、氫能源恢復是很大的支持。再到歐盟國家，比如荷蘭單獨到2025年就要達到300GW，葡萄牙這些不太大的國家也對氫能傾注比較大的熱情。
我們最關注的幾個國家之一—德國，今年提出對氫能相關給予20億歐元的支持，其中6.5億歐元用於氫能源和燃料電池供熱系統，特別是把綠色氫用於儲物燃料電池以外工業，包括剛才提到的鋼鐵以及化工工業，用這樣一個技術取代目前的灰氫和藍氫。現在爭議到2030年電解的裝置容量到底3-5GW還是10GW，實際上已經不是一個量級差別，已經到GW級別，到2030年，對電解裝機容量是非常大的需求。
更具體一點，歐洲的氫能組織，提出歐盟兩個40千瓦的行動，整個貫徹以後，綠氫成本在2025年與低碳藍氫相當，我本人和團隊對價格並不是特別敏感，但從整個宏觀趨勢來講，我們可以看到，綠氫成本處於不斷下降趨勢之中。從電解制氫來講，特別是PEM電解制氫壓力比較高，目前水解制氫1兆帕或者2個兆帕，3兆帕或者更高，PEM電解制氫，除了壓力對這幾種儲氫方式哪種有用，我們看高壓運行，要到20個兆帕，也就是200公斤，氫氣管道也要到幾個兆帕，PEM電解制氫不經過氫氣撞壓就可以進去，中間環節省掉。
液氫一方面要低溫，這方面也需要降壓，儲氫材料需要換熱也有一定壓力。有機儲氫是需要溫度的，同時需要一個加氫和脫氫反應器，我們化工的人知道特別是加氫反應器肯定不想壓進去，因此高壓也是有好處的，進入天然氣管道往往用戶擔心摻氫的問題，目前國際上發展水平最高的德國，到今年零碳天然氣管道鋪設了20%。
上面提到的德國氫氣管道這個設想是可再生能源，另外一個例子則是沙特太陽能發電，也是用電解制氫做氫氣的輸送，但值得注意的是，沙特已經建立純氫氣管道，這個純氫氣管道將來做基礎設施建設的時候，是否可能作為一個新的氫氣的方式，這是一個值得可以探討的課題。再看我們國家，簡單舉一個例子，2018年可再生能源電量達到一千億千瓦時，因為可再生能源裝機量受到限制，前面按照歐盟理事會來講，可再生能源翻番也是一個問題。
我從網際網路上找到這樣一個算法，有人計算，目前的氫氣的價格在不計算碳排放的前提下，我們可以看到，最貴的還是電解制氫，其次是藍氫、天然氣制氫。我們目前用電網電解技術還沒有經過技術的產業化推動，因此是比較基本的一個價格。回歸到技術層面，現在可以用的幾個電解技術的對比，大規模的鹼水電解，現在市場化前期是PEM電解，我們看這樣一個區別，PME優勢除了純水之外電流密度比較高，現在電流密度可以到正常操作1到2每平方米，鹼水電解我了解國內是四百毫安每平方米。從這個電流密度上來講，我們可以看到設備的投資，以及佔地面積。以往在沙漠這種地廣人稀的地方是無所謂的，但是如果將來國內能開拓現場制氫，比如說加氫站可以，佔地面積成為了一個比較重要的因素。SOEC這個吸引人的地方是效率比較高，但是目前因為高溫操作，所以它與可再生能源的結合還是有一點難度，我們看一下，近期從2019年我們可以看到的PEM電解商業化產品，以前的商業化產品都是小型的，PME電解十年前它的規模大概一個小時也就是三十立方米，那時候大家還沒有大規模發展氫能，也沒有大規模可再生能源制氫的需求，最近幾年發展比較快，有很多家推進兆瓦級的制氫，日立造船就有兆瓦的制氫產品，和二氧化碳結合做化學品，東芝H21已經作為應急電源使用，從這個角度更多了一個用途作為儲能。氫儲能，這是一個概括全球代表性PME制氫和能耗，能耗代表技術水平比較重要的指標，這個能耗和操作電流密度有關，如果操作電流密度很低，能耗也是比較低，國內單堆兆瓦產品還沒有出來。
從技術分析來講，這個是2018年底我們做的一個檢索，用這個SPE或者PEM作為檢索詞我們做了一個專利分析，取專利授權人士國籍，取前三百項，日本專利還是佔了一半，其他是歐盟，中國佔比較少，在10%左右，從技術上來講PME電解看起來和燃料電池特別像，加電把純水分解成氫和氧。
它和燃料電池不同在哪兒？一個是氧還原反應，一個氫氧化反應，說起來差一個字但是電位差很多開路電壓是1.0多一點，電解單節電壓如果電解水出氣泡起始電壓一般超過1.49伏以上，電解裡對材料要求比2.0高。包括催化劑、單電池、電解槽、制氫機，整個制氫機有要求作用。到底貴在哪兒，雖然我們做研究和做產品不太一樣，但是從材料的消耗和加工費來講，我們可以看到大部分的電堆成本，目前來看主要在流產和雙極板，這個成本比較貴，其次是膜電極，膜電極在燃料成本裡相對比較高的，值得注意的是PEM電解裡面的不管是雙極板還是電極。
我們借用美國DOE結果，對比2014年和2019年兩個時間段PEM電解成本和技術水平分析，我認為比較值得注意是這樣幾個數據，左邊數據是分散制氫，右邊是集中制氫，整個裡面的電流密度我們可以看到，2010年的時候分散制氫的電流密度1.5安培每平方釐米，2019年是2安培每平方釐米，單電壓提升的不高，1.84伏到1.9伏。預期我們可以看到最右邊數據，2040年希望到3安培，和1.5安培單面積電流密集增加一倍，這個數據相對比較保守一點，電流密度是一個能耗的制約條件，但是如果可再生能源這個風電和光電大幅度來襲的時候，我們需要把這個電消耗掉，還是說把電存起來，這個需要宏觀的估算。
再看一下產氫的壓力，相對比較高，這裡單位是PSI是英制單位，在2019年產氫壓力是21兆帕，基本上可以直接加到這裡面，到2040年預計產氫壓力700PS1，相當50兆帕，這樣氫氣壓縮的壓力就小得多。
我再簡單跟大家匯報一下我們的工作，我們工作主要有這樣幾方面，一個是催化劑，它決定電解成本和效率。目前來講，我們要求是在高電壓下要穩定，1.8伏以上穩定，這個我們是以1為主的多元化物。
另外一個是質子交換膜，和燃料電池很相近，但是燃料電池我們追求越來越薄，電解薄是一個希望，但是不能太薄，太薄氫氣氧氣的滲透可能是一個問題，這裡面有一個平衡，另外一個電解一一種操作是等壓操作，還有一種操作是差壓操作，差壓操作會達到幾百兆帕以上，電解和燃油電池不一樣，可靠性比燃油電池好。
另外一個核心部件是膜電極，既有大電流又有高電壓，我們羅列了一下這個國際上的幾個機構的一個電解催化劑的研究進展，因為實際這個裝堆的可能比這個高得多，我們研究進展可以看到，如果到零點幾毫克也是有可能的，但目前這個數據沒有放大，如果放大的話，據我了解，現在這幾家公司用到電堆上的催化劑都是毫克級的，到十分之一、五分之一下降多少這個我們值得商量。
究竟怎麼提高性能，因為時間關係就不講了，還有一個核心部件雙極板，燃料電池裡面可以用碳板，但電解裡不能用碳板，會被氧化，還是要被氧化，金屬表面要處理，板的要求也是特別高，通過這樣一個組合可以做適合可操作能源的PEM電解槽，兩面跟蹤的速度達到比較快，用這樣一些技術在我們化物所完成幾代的研發，以前談到大連化學物理研究所，大家了解的就是燃料電池，這個電解對於民用電解產品2010年開始到現在正好十年，2010年給中海油提供一立方米的制氫機，質保過程中表現還是不錯的。
我們有基礎，今年又中標安徽兆瓦級的加氫站，這個到明年年底應該是能安裝到位，所以到時候也歡迎各位去到安徽電網去看一下。
PME電解加燃料電池我們可以回答，我們開始做燃料電池經常有人問我們一個問題，你們燃料電池通俗的話講，燃料車過來是集中扔垃圾，我們希望沒有垃圾讓地球保持綠色，我的報告就這樣，謝謝各位。
整理：李沛洋