全球范圍來看，2021宣布的500個氫項目，相當于潛在直接投資達到1600億美元，這與2020年相比增長了100%。預計在未來十年中全球將有大約總共250GW的電解項目將會逐漸建成。

在這樣的預期下，全球電解槽行業(yè)產能迅速擴張，中國短期內生產廠家增加了10-15倍，產能規(guī)劃上升約20倍。

不過，科技是一把兩刃劍，它既能創(chuàng)造一個產業(yè)，也能毀滅一個產業(yè)，目前有多種電解水制氫的方式，已經產業(yè)化的也有兩條技術路線，企業(yè)和資本在興奮之余也不免有幾分忐忑：堿性和PEM，到底哪條技術路線更容易獲得現(xiàn)實的訂單？哪條路線又能夠走得更遠呢？或者，堿性電解槽和PEM技術路線是否能像各種儲運方式那樣能夠“和睦相處”呢？

1

層層遞進的路線之爭，什么電解槽更有前途？

新產業(yè)的發(fā)展道路上總是充滿迷霧，尤其是面臨兩條或多條技術路線的時候，企業(yè)家和投資人需要在各種嘈雜的討論中辨析并選擇自己的路線。

前一段時間是關于鋰電與氫電的爭論，蓬勃發(fā)展的鋰電顯然占據了上風，但挺氫派堅持氫在環(huán)保和資源上更有優(yōu)勢。好不容易市場達成了一些共識，認為氫作為能源不僅僅是用于汽車的燃料電池，還有比作為儲能的鋰電具有更廣泛的應用空間。即使在交通運輸領域，燃料電池也能彌補鋰電能量密度不足和低溫性能不好的短板，在商用汽車、船舶、軌道交通領域更有優(yōu)勢。

接下來是關于氫氣來源的爭論，灰氫、藍氫、綠氫？或是化石能源制氫、工業(yè)副產氫、還是綠電制氫？從技術成熟度、獲取方便、制氫成本、環(huán)保等各個維度進行比較。

還好，市場在這個問題上分歧并不大，普遍認為綠氫也就是可再生能源制氫是氫能發(fā)展的主流方向，其他制氫方式作為補充。氫能十四五規(guī)劃明確鼓勵可再生能源制氫和工業(yè)副產氫，不鼓勵化石能源制氫。但在示范期間，主要以產業(yè)鏈技術驗證為目的，并不需要十分計較氫氣來源，最重要的是獲取方便、成本可控、品質保障。

氫的儲運方式上也有一些爭議，好在大家認同不同氫氣來源、運輸量、和運輸距離等應選擇不同的方式，高壓儲氫、固態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫、管道運輸或是有機液態(tài)儲氫各有各的應用場景，彼此沖突似乎不大。

似乎都清晰了：發(fā)展氫能將成為實現(xiàn)“碳中和”目標和能源安全的重要手段，可再生能源制氫是主要的氫能來源，多種儲氫方式供選擇，總之，電解槽將迎來巨大的發(fā)展機會。但問題又來了，對于綠電制氫的技術路線又產生了爭論。

暫且不討論其他未成熟的技術路線，就目前已經進入產業(yè)化的堿性電解槽和PEM電解槽到底哪一條技術路線才是主流？

去年看起來國外以PEM為主，國內以堿槽為主，更多的人認為PEM更能代表未來；今年國外堿性電解槽似乎在增加，而PEM則似乎在減少，甚至有人說國外企業(yè)正"跑步進入堿性電解槽”，更重要的是，國內影響力巨大的新疆庫車項目52臺電解槽全部選用堿性技術路線，而且，最近國內進入電解槽的企業(yè)達到150家左右，其中超過100家的方向都是堿性電解槽。

于是市場開始出現(xiàn)否定PEM技術路線的聲音，認為PEM太貴，PK不過堿性電解槽，沒有前途。但這似乎是出于成本的考量，而從技術的角度來看，選擇PEM制氫的企業(yè)認為他們的路線更有前途。

2

目前，中國主導的堿性電解槽單槽規(guī)模在1-6.5MW（中國的主導產品是5MW），而PEM電解槽的單槽規(guī)模在0.25-2.5MW（國外主導產品2.5MW)。

不過，這樣漫長的時間培育出來的產業(yè)卻依然還是一個小產業(yè)，到2018年前，全球電解槽的出貨量總共也只有135MW，相當于27臺1000Nm3/h的電解槽。

根據倫敦帝國理工學院研究人員統(tǒng)計，到2014 年，全球堿性電解槽的累計出貨量為19.84GW，彭博社估計到2017年累計出貨約20GW，根據項目跟蹤統(tǒng)計預計2018-2023年將再出貨3.81GW，到2023年累計出貨量為23.81GW。而到2017年，全球PEM電解槽累計出貨量約為30MW，預計2018-2023 年期間出貨量為1.31GW，到2023年總計1.34GW。

而在近百年的發(fā)展歷史中，電解槽主要是穩(wěn)定的電源來制取氫氣，更多的氫氣應用于不可少的工業(yè)原理或還原劑，這些經驗不足以解決可再生能源的間歇性問題，行業(yè)發(fā)展面臨未有的技術難題。面對新的應用條件，傳統(tǒng)的電解槽技術并不老道，或者說還處于示范初期階段。

盡管到2021年全球電解槽出貨量共計458MW，其中大部分用于示范性綠氫項目，相比2018年量復合增長率達到50%，但在這些示范項目中還沒有足夠的數據來驗證堿性電解槽和PEM電解槽實際運行的效率和壽命。

目前，國內綠氫項目進入運行期的案例還非常少，寶豐能源投資建設的“太陽能電解水制氫綜合示范項目”已經在寧夏寧東能源化工基地正式投產。該項目可年產2.4億標方綠氫和1.2億標方綠氧，通過太陽能生產綠色電能，再用綠色電能作為動力，通過電解水制取出“綠氫”和“綠氧”，但目前還沒有公開的運行數據。

顯然，這個時候得出堿性或PEM哪條路線是長期趨勢結論還為時過早。

3

電解（electrolysis）一詞的后綴lysis是“分離”或“破裂”，即通過電分解的過程，當直流電通過電解槽時，在陽極與溶液界面處發(fā)生氧化反應，在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應，產生氫氣和氧氣。

目前，堿性和PEM是僅有的兩種已經形成產業(yè)化的電解槽，它們所用的催化劑、電解質和結構都不一樣。

電解質是一種含有離子的導電介質，堿性電解槽電解質是含有30%氫氧化鉀的堿性溶液；而在PEM電解中，電解質則是由固體聚合物制成的質子交換膜。堿性電極材料主要包括鎳或鎳鋁合金涂層鋼，在堿性電解液中進行堿性電解；PEM電解槽則是用銥或鉑涂層鋼/鈦，在酸性環(huán)境中進行PEM電解。

19世紀初期，電解水技術來自于航天科技，最早是為了生產航空燃料，因為航空基地很偏遠，需要氫氣，而又不能從遠處運輸過去，因保密的需要也不能在當地建化工廠，所以需要就地解決氫的來源。

而在我國，上世紀60-70年代中船718所在進口電解槽的基礎上研究出中壓電解槽，當時的應用是為核潛艇員提供需要呼吸的氧氣，此后氫氣作為還原劑或原料在浮法玻璃、電子行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等領域應用，電解槽從*工領域進入工業(yè)領域。

PEM電解槽是與燃料電池的逆反應。上世紀60年代燃料電池開始在航天器上應用，最早GE公司推出用在宇宙飛船的備用系統(tǒng)，1962年杜邦公司改良了質子膜，在此基礎上于80年代推出民用氫氣發(fā)生器。

也就是說，堿性電解槽的出現(xiàn)最初是基于電解水制氧，然后在工業(yè)氫氣中應用；而PEM電解槽的出現(xiàn)的背景則是基于氫氣作為動力的大背景，其研究重點就落在了能量利用率、對可再生能源波動的適應性、電解槽氫氣輸出壓力等指標上。

但現(xiàn)實中，堿性電解槽已經處于規(guī)?；?，而且經歷了輸出壓力、電解槽功率、隔膜材料等多方面的升級來提升效率和改善工作環(huán)境的適應性，而PEM則還處于性能和使用壽命被驗證和改善的階段。

所以，從把水變成氫的成熟度來看，堿性電解槽已經很成熟，PEM還處于成長階段；但從工作原理上看，PEM電解槽更適應可再生能源不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，所以，很大程度上取決于項目方想要達到什么目的。

目前，主要的電解槽制造商分布在歐洲、美國和中國，其中，歐美國家以PEM為主，代表企業(yè)有西門子、康明斯、ITW Power、NEL、普拉格等；而中國以堿性為主，代表企業(yè)有考克利爾競立、派瑞氫能、天津大陸、隆基綠能等。

原本以為歐美發(fā)達國家的技術更能代表行業(yè)發(fā)展的趨勢，而且國內中國石化、國電投、派瑞氫能、陽光電源等企業(yè)都投資于PEM，但近期蒂森克虜伯和NEL都擴大了在堿性電解槽的產能。

NEL是目前一家可以從上市公司報表上看到產品結構變化的企業(yè)，今年1-9月份的銷售數據顯示：前三季度，NEL堿性電解槽營業(yè)收入同比大幅增長702.64%，而PEM則同比下降了3.91%，難怪業(yè)內有人形容國外企業(yè)”跑步進入堿性電解槽“了。

不過，荷蘭氫和燃料電池聯(lián)合計劃項目研究員王戶貴說：”PEM電解槽是針對能源目標來設計的，而堿性電解最初的目標是制氧制氯，我和歐洲企業(yè)對兩條技術路線都是支持的。“

不過對于目前市場的變化，王戶貴研究員認為個別企業(yè)的收入結構變化不能代表行業(yè)趨勢。

他說，雖然NEL的發(fā)展歷史可以追溯到1927年，而且2017年成為上市公司，目前訂單顯示公司處于快速增長，但NEL依然是一家規(guī)模不大的企業(yè)，目前大約600名員工，到2021年公司營業(yè)收入也只有7.98億挪威克朗，相當于5.59億人民幣，目前公司依然處于求生存的階段，還沒有能力領行業(yè)，所以，他們今年堿性槽的大幅增加不能代表行業(yè)趨勢。

至于歐洲老牌工業(yè)企業(yè)蒂森克虜伯，王戶貴研究員認為這家服務于傳統(tǒng)鋼鐵和汽車行業(yè)的工業(yè)企業(yè)同樣處于求生存的狀態(tài)，過去十多年公司營業(yè)收入處于下降趨勢，而且大部分時間處于虧損或微利，也不能代表歐洲先進的科技發(fā)展方向。而影響德國經濟30%的西門子則愿意投入更多未來產業(yè)的研究，他們的選擇也更能代表電解槽發(fā)展方向。他認為，西門子大概率不會選擇堿性電解槽。