綠氫製造競爭漸起，日企積極佈局次世代鹼性水電解技術創新
- 刊登日期：2024-06-11
- 資料來源：材料世界網
- 作者：范淑櫻編譯
隨著綠氫成為實現碳中和的重要手段而受到世界關注，生產綠氫的水電解設備亦成為矚目焦點。目前世界各國紛為水電解設備提出巨額補貼政策，且出現投資者投入資金更勝於前者的舉措。
在此情況下，如同資通訊、電子設備、太陽電池、風力發電廠、電動車(EV)與蓄電池等成長型產業般，除了既有的水電解設備製造商之外，許多新創企業亦如雨後春筍般湧現。
在水電解設備市場之中，僅主要製造商即有數十家，包括較不知名的新創企業或中國公司在內則超過100家，高風險的競爭/超競爭時代於焉展開。然而，許多設備製造商的主要角色在於採購零件予以組裝，因此面臨與競爭對手的差異化課題，此情況或與電腦市場有些類似。
不過由於水電解技術尚處於發展階段，各家業者之間仍互有差異。例如，鹼性水電解(AWE)是基於法拉第電解定律(1833年)，儘管100年前已開發出工業用系統，貌似「走向凋零的技術」，但實際以近期的材料技術或製造技術來看，技術創新上仍有很大的發揮空間。
現已有技術變革發生中，具體而言，包括：①被稱為「零間隙(Zero Gap)」之電極與隔離膜的新設計、②新型隔離膜(電解質膜)、③加壓設計，以及④高溫運作等四項技術。然而，或許此領域的市場發展性直到最近仍顯薄弱，未能吸引到投資，因此這些新技術的採用需要時間，而且各國的進展各不相同。圖一為日本與其他國家業者在AWE領域之先進基礎技術採用狀況。多數日本製造商早已採用了Zero Gap或次世代隔離膜的技術，但在加壓設計方面卻遠遠落後。而包括中國企業在內，許多國家的製造商都已實現了加壓設計。
Zero Gap再度受矚目
Zero Gap是一項透過讓電極幾乎與隔離膜接觸，以降低做為載子之氫氧離子(OH- )傳導時電阻(溶液電阻)的技術。此想法本身可以追溯至1950年代(圖二)，實際是在1967年開發，應用於產業用電解設備則始於1970年代。
然而最初的Zero Gap並非完美，仍有電極與隔離膜接著面不平整，引發絕緣擊穿，或是水電解時產生的氫氣、氧氣氣泡抑制反應，以及氣泡的出口減少等問題。而幾乎解決了所有問題的是由日本Tokuyama於1985年開發並予以實用化的第2代Zero Gap。此技術將金屬不織布置於集電體與電極之間，大幅改善了接觸表面的均一性與氣泡問題。Tokuyama亦已提供技術授權給國內製造商，並由旭化成實現了世界第一個 ......
隔離膜翻新AWE
曾為攝影軟片大廠的比利時化學製造商Agfa-Gevaert，則將隔離膜予以翻新。該公司於2009年實現了「Zirfon」隔離膜製品化，而2016年推出的「Zirfon PERL」系列則將過去以石綿做為隔離膜的AWE性能從多方面予以大幅提升(註1)。包括日本製造商在內，大多數的水電解設備製造商皆使用此系列隔離膜。Zirfon PERL的優點大致可分為下列五點：①強親水性、②低透氣性、③高耐鹼性 ......
AWE反應能力亦優於PEM
低透氣性也大大改善了水電解設備的二項課題，一是提高對輸出變動的反應能力，二是降低了低輸出時的最低運行線(註3)。直到最近，AWE仍被認為對功率變動的反應能力較低。然而在Zirfon PERL登場後的情況則已改變，例如旭化成AWE方式的10 MW系統在福島氫能研究場域(FH2R)的運行實證中已確認「可因應±5%/秒的功率變動」(圖四)。一般而言，PEM類型的裝置可因應±10%/秒的功率變動，而旭化成的成果已接近此數值。此外，許多海外製造商開發的可在 ......
調整力接近蓄電池
水電解設備可因應電力的功率變動，意味著可利用於電力的平準化。負責營運FH2R水電解設備的Toshiba Energy Systems & Solutions也表示「經驗證可以因應(5分鐘內的功率變動)電力供需調整能力市場的二次階段」。若能如同Nel的加壓AWE般在 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
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