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在已经进入绿氢时代的今天，用“氢”作为绿色能源载体的想法已经并不新鲜，水电解制氢已经存在了两百年。
然而，与石油和天然气等一次能源相比，其成本较高，限制了其大规模的商业应用。目前从碳基能源的转移使绿色氢重新成为焦点，特别是作为一种替代能源载体的应用，对电气化具有挑战性，如重型车辆运输和工业。
氢有潜力以经济有效的方式使这些部门脱碳，这就是为什么世界上的主要经济体已经拨出数十亿美元来开发绿色氢的关键技术。在欧盟(EU)，欧洲氢工业协会宣布这一消息时，“欧洲绿色协议”的基础将氢作为优先重点。目标是到2030年部署80万千瓦的绿色氢气生产能力。
与此同时，二氧化碳价格的不断上涨，可再生能源成本的不断下降，电解电池成本的不断下降，使得绿色氢越来越容易实现。根据国际能源署(iea)的数据，到2030年，低烃天然气的需求将接近每年800万吨。
电解——迈向低成本绿色氢气的关键
绿色氢是通过水解产生的，水解是一种将水和可再生能源转化为氢和氧的技术。生产绿色氢气的成本很大程度上取决于可再生能源的成本。尽管LCOE显著降低，电解效率进一步提高，但这在未来不会改变。第二个最重要的成本驱动因素是资本支出:2020年电池系统成本约为1000美元/ kW，学习率约为15%，预计到2030年成本降低约60%(见图1)。
资本支出的减少主要是由于工业化和部件和系统制造的自动化(规模经济)和技术创新。仅催化剂涂层就占系统总成本的11%左右。降低铂负载量和开发具有成本效益的膜是降低成本和释放绿色氢市场潜力的关键。
1MW电解槽的预期电解槽学习曲线和2020年资本支出分割
聚合物膜——绿色氢气的成本和性能驱动因素
膜是电解电池和燃料电池中最重要的成本和性能驱动因素之一，它占整个系统成本的很大份额，决定了系统的效率、功率密度和寿命。膜的主要工作是引导离子，同时保护系统免受电气短路的影响，然而，oem也关注许多其他关键性能指标，如气体穿越，水管理，尺寸稳定性，化学和机械稳定性。聚合物电解质膜(PEM)通常由聚合物主链和带负电荷的离子交换基团组成。可以添加额外的添加剂和增强剂，以提高稳定性和减少气体穿越。
水电解用质子交换膜的工作原理
在电解和燃料电池中使用最广泛的一类膜是基于全氟磺酸(PFSA)的膜，这是一种昂贵的全氟离聚物，由四氟乙烯和全氟乙烯磺酰醚共聚而成。生产路线的高度复杂性和中间体的毒性限制了降低成本的潜力，减缓了产能的扩大。事实上，世界上只有少数制造商加工合成PFSA所需的高爆炸性前体。为了降低传统PFSA膜的成本，人们制定了各种策略。
例如，W.L. Ore将PFSA离聚物与成本较低的聚四氟乙烯(PTFE)混合，直接降低了PFSA要求，增强了膜，并减少了气体穿过。戈尔选择?膜已成为最先进的燃料电池材料，并广泛应用于著名的丰田Mirai汽车。其他几家PFSA薄膜开发公司也采用了类似的“硬化”方法，如Chemours(以前的杜邦公司)、3M、Solvay和engineer Laboratories。或者，可以使用非氟化或部分氟化聚合物来降低生产成本。例子包括ballard Power Systems的前BAM系列和BASF的Celtec?——系列。尽管有许多商业膜技术，仍然需要具有可与PFSA相媲美的性能和耐久性水平的低成本膜。
绿氢膜市场的切入点
进入绿色氢膜市场需要市场和技术专长。技术专长理想地涵盖不同领域，如聚合物制造，化学合成和薄膜加工。因此，绿色氢膜为各种新进入者提供了市场机会:
1. 聚合物制造商:各种含氟聚合物和聚烯烃可作为燃料电池和电解电池膜的聚合物主链和增强材料。聚合物可以直接功能化或与离子聚合物混合以产生离子电导率。
2. 化学/工程材料参与者:膜或膜前体的制造和功能化可以利用在其他(专门)化学生产过程和工程材料中使用的各种基础设施。
3.薄膜/箔加工行业:绿色氢薄膜通常通过溶液铸造或挤压生产，以达到微米厚度。
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