水素エネルギー開発の動向
水素エネルギー水素は、豊富で、環境に優しく、低炭素で、幅広く応用できる二次エネルギー源であり、徐々に世界のエネルギー転換における重要な担い手の一つになりつつあります。中国は世界最大の水素生産国であり、水素の生産、貯蔵、輸送、燃料補給に関連する主要な技術とプロセスを最初に習得し、比較的完全な水素エネルギー産業チェーンを形成しています。近年、中国の水素エネルギー産業は急速に発展し、多くの参加者を引き付け、競争力の強い有名企業を数多く生み出しています。現在、業界の大手企業は、技術研究開発の強化、産業チェーンリンクの合理化、販売ネットワークの構築、専門人材の育成を通じて、競争上の優位性を確立しています。
今後、水素エネルギー産業が発展し続けるにつれて、水素生産に対する顧客の需要はますます高まり、業界の統合が強化されるでしょう。大手企業の市場シェアは徐々に増加し、水素エネルギー分野への参入障壁はより顕著になるでしょう。中国は、カーボンピークとカーボンニュートラルの目標を達成するために、水素エネルギーを将来の国家エネルギーシステムの重要な部分、エネルギー最終使用ターミナルでのグリーンおよび低炭素変革を実現するための主要な手段、および戦略的新興産業と将来の産業発展の中心に位置付けています。
国家政策に対応して、企業はデュアルカーボン戦略を積極的に実践し、成熟した技術を採用して、長期にわたる安定した信頼性の高い操作を確保しています。水素製造のためのアルカリ水電解は、主に技術で市場を獲得し、品質で市場を強化し、サービスで市場を拡大することに依存しています。市場の需要に駆り立てられ、技術が主導し、品質を重視して評判を高め、革新を発展の道として、業界は、優れた品質、タイムリーな供給、合理的な価格、一流のサービスで、排出と汚染ゼロ、長寿命、デジタル監視と操作、安全性、無人操作モードを真に実現することを目指しています。
水素エネルギーは、汚染ゼロ、高発熱量、貯蔵と応用の多様性などの利点を誇っています。水の電気分解は、再生可能エネルギーと変動する余剰電力を利用して水素を生成できるため、水素製造の最も理想的で環境に優しい方法の1つです。したがって、水素製造のための再生可能エネルギー電気分解の開発は、エネルギー安全保障とCO2削減にとって重要です。しかし、現在、世界の水素のわずか4％が水電気分解によって生産されています。これは主に、この方法に関連するコストが高く、電力消費と電解装置のコストが大規模適用の大きな制約となっているためです。
デュアルカーボン目標の推進力の下、再生可能エネルギー発電技術の進歩は電気料金を引き下げ、水電解水素製造産業の発展の強力な触媒となることが期待されています。アルカリ電解技術は、低コスト、長寿命、豊富な材料源で注目を集めており、大規模な水素製造に適しています。ただし、大規模な水素製造アプリケーションでは、アルカリ電解技術の電流密度とエネルギー効率をさらに高めて、設備と電力コストを改善する必要があります。このプロセスでは、膜と電極材料が重要かつかけがえのない役割を果たします。
水電解水素製造技術の将来展望
水電解による水素製造コストは、主に電気代、電解装置投資コスト、運転負荷に依存し、電気代は水素製造感度に最大60～70％影響します。電気代が下がると、設備投資コストの割合は徐々に増加します。今後のコスト削減の原動力は、主に電気料金の低下、設備利用率の向上、電解装置コストを削減する技術の進歩から生じます。ただし、アルカリ電解装置技術はすでに非常に成熟しているため、技術革新によってコストを削減できる範囲は限られています。産業のさらなる発展に伴い、将来の応用シナリオは広がり続け、大規模、低コスト、低エネルギー消費が産業発展のコンセンサスとして認識されます。
水電解水素製造の技術ルートの分類
水電気分解による水素製造には、アルカリ水電気分解 (アルク)、プロトン交換膜水電気分解 (ペム)、固体酸化物電気分解 (ソイエック)、および陰イオン交換膜水電気分解 (エーエム) の 4 つの主な技術的ルートがあります。
アルカリ電気分解（アルク）このプロセスはアルカリ電解液（通常は コウ）で実行され、おお- イオンが膜を通過して陽極に進み、電子を失って O2 を生成します。一方、陰極の水は電子を獲得して H2 と おお- を生成します。
プロトン交換膜電気分解（ペム）この方法は純水を電気分解し、陽極でH2O分子が酸化されて酸素とH+イオンを生成します。H+（プロトン）は電界の影響下でプロトン交換膜を通過して陰極に移動し、還元反応を起こして水素ガスを生成します。
固体酸化物電解（ソイエック）このプロセスでは、水蒸気をイオン化して、通常 600°C を超える高温で水素イオンと酸素イオンを生成するため、太陽熱発電システムで高温高圧の蒸気を生成するのに適しています。
陰イオン交換膜電解（エーエム）このプロセスでは通常、純水または低濃度のアルカリ溶液を電解質として使用し、おお-イオンが交換膜を通過して陽極に到達し、水と酸素を生成します。一方、陰極の水分子はOH-と水素ガスを生成します。
水素製造プロセスルートの比較
それぞれの方法には、長所と限界があります。
アルカリ電気分解（アルク）
利点: 現在最も成熟した技術であり、設備コストも低い。
制限事項腐食性の液体、高い運用・保守コスト、ペム や ソイエック よりも理論効率が低い、断続的な電源への適用が困難。
プロトン交換膜電気分解（ペム）
利点: 間欠的な電源への適応性が高く、風力や太陽光などの再生可能エネルギーとの統合が容易で、運用および保守コストが低い。
制限事項設備コストが高く、貴金属触媒が必要です。
固体酸化物電解（ソイエック）
利点: 理論効率が高く、貴金属以外の触媒も使用可能。
制限事項: 高温反応環境、限られた適用シナリオ、まだ実験室研究開発段階にあり、まだ商品化されていません。
陰イオン交換膜電解（エーエム）
利点アルカリと ペム の利点を兼ね備えています。材料コストが低い、電解質 (希アルカリ溶液または水) の腐食性が低い、貴金属触媒を必要としない。
制限事項：陰イオン交換膜の量産化は困難であり、まだ研究開発段階にあります。
アルカリ電解ルートは成熟しており、ペム は大きな成長の可能性を示しており、ソイエック と エーエム は将来性が期待できます。
