IRENA&EPO联合报告：创新推动绿氢成本降低

据国外媒体报道：国际可再生能源机构(IRENA)和欧洲专利局(EPO)的最新联合报告显示电解技术的创新加速了可再生氢生产成本的降低。

随着越来越多的国家推行深度脱碳战略，利用可再生能源电解水生产的氢气预计将成为能源转型的核心，成为解决清洁能源难题的关键部分。

IRENA的1.5℃情景预测：到2050年，基于可再生能源生产的氢及其衍生物将占最终能源消耗的12%。一些国家已经将电解槽产能部署目标明确纳入其国家氢战略。因此，为了应对绿氢不断增长的需求，需要大幅增加电解槽的产能，并扩大电解槽市场。

电解槽系统成本的降低对于提高可再生氢的竞争力至关重要，而技术创新则是实现这一目标的关键。据IRENA称，通过改进电解槽设计和建造、规模化经济、用储量充足的金属替代稀缺贵金属材料、提高操作效率和灵活性等关键战略，电解槽工厂的投资成本可以在短期内降低40%，在长期内降低80%。

EPO和IRENA近日发布了关于电解槽制氢创新趋势的新专利洞察报告，该报告使用专利统计数据揭示了可再生能源电解制氢领域的趋势和动态，通过图表和评论帮助政策制定者、技术专家、公司和投资者更好地了解这些快速扩张的技术领域。

分析显示，自2005年以来，氢生产技术的专利申请以平均每年18%的速度增长，远远高于能源领域的大多数技术。2016年，电解水技术的国际专利数量超过了化石能源制氢相关专利的数量(图1)。

图 1：该图显示了2005-2020年专利族（左侧）和国际专利族（右侧）的趋势，比较了基于水电解的制氢工艺与使用液态或固态烃原料的制氢工艺。该报告还分析了与电解水有关的五项子技术，这些子技术对于降低电解槽的成本非常重要（图 2）：

1. 电池操作条件和结构：需要高温高压的操作条件来提高电解槽的效率，同时不能影响膜的使用寿命和性能，还需要控制成本。

2. 电催化材料：材料的稀缺性是电解槽成本和规模化进程的重要阻碍，需要寻求可替代材料解决这一问题，例如使用非贵金属材料。

3. 分离膜（隔膜、膜）：减少膜厚度可以提高效率，从而降低电力消耗。

4. 电解槽的可堆叠性：电极、双极板和多孔传输层可显著增加堆叠成本。这些组件的改进，包括它们的制造，可以降低成本。

5. 光电解：光电解可以将电力和氢气的生产集成在一个步骤中，这可能会带来成本效益，但目前面临技术成熟度和路径效率低的挑战。

一些重要的发现包括，2018年相对便宜的矿物材料电催化剂发明数量超过了传统昂贵的电催化剂（使用例如金、银、铂或其他贵金属）的发明数量，证实了对更便宜替代催化材料的推动。光电解，即以光为能源将水分解为氢气和氧气，是一项新兴的强大技术，国际专利申请数量高于平均水平，其中约50%由大学申请。

在地理位置方面，欧洲和日本领先，占所有五项子技术领域提交的国际专利总数的50%以上。 欧洲专利申请数量占比领先的子技术：电解槽的可堆叠性（40%）、电催化剂材料（34%）和电池运行条件和结构（32%）；日本专利申请数量占比领先的子技术：光电解（41%）和膜（37%）。

美国在所有技术领域的专利申请数量的平均占比为18%，而韩国在膜中的占比最高（15%），而其他类别的平均占比为7%。在这五个技术领域，中国的国际专利平均占比约4%，但在纯国内专利申请量方面，中国占主导地位。

图 2：不同国家在五项子技术领域的国际专利申请数量占比汇总图

（国家是指专利申请人所在的国家。欧洲是将欧洲专利组织的38个成员国组合在一起。每列顶部括号中的粗体数字是该技术领域的国际专利申请总数）

在电解槽中观察到的巨大势头有望继续下去，并刺激未来的创新。事实上，专利申请量的上升趋势表明，更多专利申请即将到来，迫切需要解决诸如电解槽成本、效率和规模化生产等问题。

对可再生氢的需求从未如此之大，电解技术的重大创新仍需努力，以使该技术在工业层面上为市场做好准备。

电解槽领域的创新是一项被广泛认可的战略，它可以使氢生产在成本上与其他技术相比具有竞争力，并尽可能环保，从而有助于应对脱碳和加速能源转型等挑战。