让绿氢为我所用——嘉庚创新实验室创新氢能技术纪实

　　一个巨大的集装箱内，整齐码放的金属罐体与管道相连，罐体周围分布着电解槽和大型纯水储存罐，宛如一个小型化工厂。这是入选国家能源局能源领域首台(套)重大技术装备、嘉庚创新实验室研制的高性能兆瓦级质子交换膜(PEM)电解水制氢装备。

　　当前较为成熟且居于主导地位的碱性电解水制氢技术，存在能耗较高、电解效率偏低等问题。PEM电解水制氢，是目前生产氢气最环保的技术路线之一，也是唯一能满足欧盟技术指标的可再生能源电解水制氢方式。但国产PEM电解槽性能普遍较低，成本居高不下，限制了该技术的规模化应用。

　　难题，在嘉庚创新实验室被攻克。

　　发展绿氢关键在降成本

　　“制氢成本降不下来，氢能很难实现大规模产业化。”嘉庚创新实验室郭奇勋介绍说，“电解水制氢有多条技术路线，我们都在关键技术上实现了突破。碱性电解水制氢项目电堆数据提前达到欧美发达国家公布的2026年行业技术目标；质子交换膜(PEM)电解水制氢项目实现关键材料自给自足，性能指标具备国际竞争力；阴离子交换膜(AEM)电解水制氢项目掌握了从材料到系统的全产业链技术。在前两个领域，我们都研制出兆瓦级高性能工业制氢装备，达到国际先进水平。”

　　以高效碱性电解水制氢装备为例，嘉庚创新实验室通过对装备关键材料、核心结构进行开发和工艺改进，开发出低能耗、低成本、可适应光伏/风电等不稳定电源的1000标准立方米碱性电解水制氢装备。

　　郭奇勋介绍，经检测认证，嘉庚创新实验室碱性电解水制氢项目产出1标准立方米的氢气只需3.7千瓦时电，较业内平均能耗降低15%～20%。目前已建成40套1000标准立方米碱性电解水制氢装备生产线。

　　当前，嘉庚创新实验室建立了国际先进的氢能工况测试和技术示范平台，孵化出华商厦庚、鹭岛氢能、嘉膜科技、嘉氢科技等高科技公司，获外部投资超亿元。

　　测试基地加快攻关进程

　　中国科学院院士、嘉庚创新实验室主任郑南峰认为，福建海上风电资源尤为丰富，富余核电制氢潜力较大。福建应充分发挥可再生能源优势，开展规模化制氢，促进氢能发展的同时解决电力消纳问题。

　　2018年，福建启动省创新实验室布局，决定依托厦门大学建设福建能源材料科学与技术创新实验室，即嘉庚创新实验室。氢能产业成为嘉庚创新实验室的主攻方向之一，并在制氢技术与装备方面取得了显著阶段性成果。

　　这吸引了投资方的注意。华商厦庚氢能技术(厦门)有限公司，就是孵化的具有自主核心技术的氢能公司。其由嘉庚创新实验室与招商局集团旗下港股上市公司华商能源科技股份有限公司合资成立。已实现成果转化的碱性电解水制氢项目，获华商能源增资。

　　今年3月，双方共建的目前国内功率最大的电解水制氢测试基地之一——多功能电解水制氢装备漳州测试基地(12MW)落成。

　　郭奇勋表示，原先受电力和安全条件限制，嘉庚创新实验室只能在自有的研发基地建设小型测试场地，验证效果不佳。测试基地的落成，将完善制氢行业标准及产品验证机制，满足行业所需。

　　目前，嘉庚创新实验室已攻克电解水制氢关键核心技术，形成了覆盖电极、隔膜、制氢器件、制氢装备与催化剂、膜电极、电解槽、检测仪器及方法等高价值专利群。

　　探索新领域新场景应用

　　嘉庚创新实验室刘圣杰认为，氢气最广泛的应用应该是化工行业。瞄准这一领域，郑南峰团队研究出的连续化加氢催化工艺，可以采用高选择性催化剂将氢转化为高价值化学品。

　　刘圣杰介绍，连续化加氢催化技术是生产效率高、产品质量稳定、反应条件恒定易控的一种工艺，具有环保、节能、自控的优点。目前，实验室研发的连续化加氢催化工艺已达到国内领先水平。

　　“以清洁加氢催化工艺代替高污染高能耗传统工艺，能使工业‘三废’减排95%，实现应用产业的高端智能化发展。通过原创加氢催化技术，也能大幅提高各类‘卡脖子’新材料单体纯度，并降低其生产成本。”刘圣杰说，如今该技术已成功应用于芳纶纤维和聚酰亚胺等新材料超高纯单体的生产。

　　目前，郑南峰团队的连续化加氢催化技术入选工信部首批石化化工行业鼓励推广应用的技术产品目录，并已开始实现万吨级的工业化生产，为企业新增产值超10亿元。

　　郑南峰表示，接下来，要强化嘉庚创新实验室、福州大学等优势科研院所的氢能创新动力，推动资源整合、技术迭代、应用示范，助推氢能在新领域、新场景的应用推广，健全氢能全产业链，构建特色产业集群。