作為堿性電解槽核心零部件之一,隔膜的主要作用:一是允許電解槽內(nèi)電路中離子的自由移動(dòng),二是隔離電催化過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣。目前包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都在推動(dòng)清潔能源和氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,諸多綠氫項(xiàng)目帶來(lái)大量的堿性電解槽采購(gòu)需求,這將會(huì)為制氫隔膜市場(chǎng)提供更多的機(jī)會(huì)和支持。
市場(chǎng)規(guī)模:2025年隔膜市場(chǎng)將超22萬(wàn)平
《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》中提出:到2025年,我國(guó)可再生能源制氫量達(dá)到10-20萬(wàn)噸/年,實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100-200萬(wàn)噸/年。到2030年,形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系、清潔能源制氫及供應(yīng)體系,有力支撐碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)《規(guī)劃》中的指標(biāo),假設(shè)可再生能源制氫全部采用堿性電解槽(1000Nm?/h),對(duì)應(yīng)有效區(qū)域活性直徑2m,小室數(shù)280個(gè),單個(gè)電解槽約需要隔膜面積880平方米,年工作時(shí)間設(shè)定為4500小時(shí),基于此測(cè)算2025年隔膜市場(chǎng)約為22-44萬(wàn)平方米。
技術(shù)迭代:高性能復(fù)合隔膜在未來(lái)更具競(jìng)爭(zhēng)力
用于堿性電解槽的隔膜最早使用的是石棉隔膜,目前主流使用的是聚苯硫醚 PPS隔膜,高性能的復(fù)合隔膜尚未全面使用,仍在小規(guī)模應(yīng)用驗(yàn)證階段。
石棉隔膜:石棉是最早用于電解水制氫隔膜的材料。但是由于石棉在堿性電解液中的溶脹性和石棉對(duì)人體的傷害使得其逐漸被淘汰。
PPS隔膜:在2016年左右開(kāi)始大量使用PPS織物替代石棉隔膜。PPS隔膜具有耐熱性能優(yōu)異、機(jī)械性能好、耐腐蝕性強(qiáng)、 尺寸穩(wěn)定性好、電性能優(yōu)良等有點(diǎn),但美中不足的是PPS隔膜的親水性差,導(dǎo)致能耗增加。
復(fù)合隔膜:復(fù)合隔膜主要是通過(guò)對(duì)PPS織物表面涂覆無(wú)機(jī)層來(lái)改善親水性功能,但目前價(jià)格較高,開(kāi)發(fā)的供應(yīng)商也較少。
考慮到功能性,目前國(guó)內(nèi)堿性電解槽企業(yè)多使用日本東麗的 PPS隔膜。國(guó)內(nèi)也有具備PPS隔膜供應(yīng)能力的廠家,如天津凱瑞科技有限公司、天津津綸新材料科技有限公司等,但是目前市場(chǎng)占有率并不高。
不過(guò),隨著國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,應(yīng)用端對(duì)堿性電解槽的性能表現(xiàn)逐漸提出更高的要求,相較于傳統(tǒng)PPS隔膜,涂覆無(wú)機(jī)層的高性能復(fù)合隔膜在未來(lái)將更具有發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
目前國(guó)外的Agfa(愛(ài)克發(fā))能提供較為成熟的產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)的碳能科技(北京)有限公司、中山市刻沃刻科技有限公司、寧波中科氫易膜科技有限公司、北京元泰能材科技有限公司等多家企業(yè)也已經(jīng)在ALK制氫復(fù)合隔膜領(lǐng)域深耕。
面對(duì)如此大的市場(chǎng)前景,國(guó)內(nèi)能夠提供成熟復(fù)合隔膜產(chǎn)品的供應(yīng)廠商數(shù)量卻相對(duì)較少,主要是受到以下幾個(gè)因素的影響:
技術(shù)性:復(fù)合隔膜在技術(shù)上尚未成熟,隔膜產(chǎn)品本身的功能性也處于完善階段。在技術(shù)方面主要存在以下幾個(gè)難點(diǎn):1.材料的選擇:需要選擇能夠在高濃度堿液中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)具有良好的機(jī)械性能和電化學(xué)性能的材料。2.結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):需要設(shè)計(jì)出具有適當(dāng)孔隙率和孔徑大小的隔膜結(jié)構(gòu),以保證氫氣和氧氣分子不能通過(guò),同時(shí)允許電解液離子通過(guò)。3.生產(chǎn)工藝:需要掌握精確的制造工藝和技術(shù)參數(shù),確保隔膜的均勻性、一致性和可靠性。
經(jīng)濟(jì)性:目前多家電解槽企業(yè)正在努力降本,隔膜作為電解槽核心零部件之一,其價(jià)格也是企業(yè)重點(diǎn)考慮的因素。就目前的價(jià)格來(lái)看,東麗的PPS隔膜價(jià)格在每平米400元左右。進(jìn)口的Agfa復(fù)合隔膜每平米則要在300美元以上,國(guó)產(chǎn)復(fù)合隔膜價(jià)格每平米在700元左右。對(duì)于1000Nm?/h規(guī)模的堿性電解槽,如果使用復(fù)合隔膜,單槽的成本可能就要增加25萬(wàn)元以上,與PPS隔膜相比,價(jià)格上缺少競(jìng)爭(zhēng)力。
測(cè)試驗(yàn)證要求:在與業(yè)內(nèi)企業(yè)交流的過(guò)程中,勢(shì)銀(Trendbank)了解到目前堿性電解槽企業(yè)對(duì)于隔膜的驗(yàn)證測(cè)試要求較高,除了基本的參數(shù)測(cè)試要求,未經(jīng)過(guò)上槽驗(yàn)證的隔膜不會(huì)直接使用。而上槽驗(yàn)證時(shí)長(zhǎng),一周是最低的要求,有些企業(yè)可能會(huì)要求幾個(gè)月的測(cè)試驗(yàn)證。
根據(jù)IEA發(fā)布的《Global Hydrogen Review 2023》中顯示,中國(guó)在電解槽產(chǎn)能、裝機(jī)量、電解制氫產(chǎn)量等方面已經(jīng)領(lǐng)先全球,其中電解槽裝機(jī)量在2022年超過(guò)200MW,占全球總裝機(jī)量30%,到2023年底中國(guó)電解槽裝機(jī)量預(yù)計(jì)達(dá)到1.2GW,占全球總裝機(jī)量50%。國(guó)內(nèi)最近公布的電解槽招標(biāo)情況,也釋放出了更多的電解槽采購(gòu)需求(中能建125套,華能興安盟項(xiàng)目108套)。
而隔膜作為堿性電解槽關(guān)鍵部材之一,隨著需求的爆發(fā)與堿槽技術(shù)的進(jìn)展,將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用和深入研究。未來(lái)不管是技術(shù)突破帶來(lái)的產(chǎn)品性能改善,還是降本促進(jìn)的滲透率提升,都將進(jìn)一步推動(dòng)制氫隔膜的應(yīng)用和市場(chǎng)發(fā)展。
原標(biāo)題:2年內(nèi)44萬(wàn)平隔膜需求量,國(guó)產(chǎn)企業(yè)能分多少?