當前，全球能(neng)源轉型的(de)呼聲越(yue)來越(yue)強烈。在此背景下(xia)，氫(qing)能(neng)作(zuo)為一種清潔低碳、靈活高(gao)效、來源廣泛(fan)及應(ying)用多(duo)元的(de)能(neng)源獲得了(le)爆發(fa)式(shi)增長(chang)的(de)機(ji)(ji)會(hui)。然而(er)，氫(qing)能(neng)產業要實現規(gui)模化(hua)發(fa)展仍有諸(zhu)多(duo)瓶(ping)頸需要突破，而(er)這正(zheng)成為化(hua)工行業的(de)新機(ji)(ji)會(hui)。

（圖片來源：攝圖網）

根據國(guo)際氫(qing)(qing)能(neng)(neng)理事會預測，到(dao)2050年，氫(qing)(qing)能(neng)(neng)將(jiang)滿(man)足全(quan)球18%的終端(duan)用能(neng)(neng)需求(qiu)，減排二(er)氧化(hua)碳達60億噸(dun)。鑒于此，近年來，全(quan)球大約(yue)80個國(guo)家提(ti)出了(le)氫(qing)(qing)能(neng)(neng)發(fa)展規劃，將(jiang)氫(qing)(qing)能(neng)(neng)作為脫碳能(neng)(neng)源的重要(yao)組成部分和綠色經濟復蘇的新引擎(qing)。比(bi)如，美國(guo)已發(fa)布國(guo)家清潔(jie)氫(qing)(qing)能(neng)(neng)戰(zhan)略路線圖，加(jia)速清潔(jie)氫(qing)(qing)的生產、加(jia)工、交付、儲(chu)存和使用；德(de)(de)國(guo)發(fa)布新版(ban)《國(guo)家氫(qing)(qing)能(neng)(neng)戰(zhan)略》，計劃于2027或2028年前改造和新建超(chao)過(guo)1800千米(mi)的氫(qing)(qing)氣(qi)管道，2030年將(jiang)德(de)(de)國(guo)電解氫(qing)(qing)能(neng)(neng)力提(ti)高一(yi)倍。

在我國，2022年國家發展和改革委正式發布《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》并指出，到2050年，氫氣需求量將接近6000萬噸，實現二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產業鏈年產值達到12萬億元。

然而，受氫(qing)能制(zhi)備、儲運及(ji)使(shi)用的成本居(ju)高不下，基礎設(she)施(shi)配套不足，產(chan)需(xu)脫節(jie)等多重因(yin)素影響，火熱的賽道背后，氫(qing)能產(chan)業的發(fa)展瓶頸(jing)不容小覷。

（圖片來源：攝圖網）

在(zai)制(zhi)(zhi)氫環節，目前主流的(de)制(zhi)(zhi)氫手(shou)段以化石能源(yuan)制(zhi)(zhi)氫和(he)(he)工業副產制(zhi)(zhi)氫為主，技術成(cheng)熟(shu)，且成(cheng)本相對較(jiao)低，但存(cun)在(zai)著(zhu)碳排放的(de)問(wen)題；水(shui)電(dian)解制(zhi)(zhi)氫可實現無碳排放且制(zhi)(zhi)取的(de)氫氣純度(du)高(gao)，但卻面(mian)臨耗電(dian)量大、投入(ru)資金高(gao)等難題。在(zai)氫儲運環節，安全性(xing)和(he)(he)效率制(zhi)(zhi)約著(zhu)產業的(de)發展。氫能從(cong)業者們亟需通過(guo)新材(cai)料新技術的(de)推(tui)廣應用(yong)，為氫能產業提速(su)。

目前，氫(qing)(qing)(qing)能(neng)可分為(wei)(wei)綠氫(qing)(qing)(qing)、藍(lan)氫(qing)(qing)(qing)和灰氫(qing)(qing)(qing)。綠氫(qing)(qing)(qing)是(shi)通過使用可再生(sheng)能(neng)源制備(bei)的氫(qing)(qing)(qing)氣，生(sheng)產(chan)過程中基(ji)本沒(mei)有碳(tan)(tan)排放，因此這種類型的氫(qing)(qing)(qing)氣也被稱為(wei)(wei)“零碳(tan)(tan)氫(qing)(qing)(qing)氣”；灰氫(qing)(qing)(qing)是(shi)通過化石(shi)燃料（煤炭(tan)、石(shi)油(you)、天(tian)然(ran)氣等）燃燒產(chan)生(sheng)的氫(qing)(qing)(qing)氣，生(sheng)產(chan)成(cheng)本較(jiao)低(di)，碳(tan)(tan)排放量最(zui)高；藍(lan)氫(qing)(qing)(qing)是(shi)在(zai)灰氫(qing)(qing)(qing)的基(ji)礎(chu)上，應(ying)用碳(tan)(tan)捕集、利用與(yu)封存技術，實現低(di)碳(tan)(tan)制氫(qing)(qing)(qing)。

從產(chan)量(liang)結構來看，目(mu)前化石能(neng)源制備的灰氫(qing)(qing)(qing)占(zhan)(zhan)比(bi)較高，2021年全球灰氫(qing)(qing)(qing)占(zhan)(zhan)比(bi)達到(dao)99%，藍氫(qing)(qing)(qing)及綠氫(qing)(qing)(qing)占(zhan)(zhan)比(bi)均未達到(dao)1%，綠氫(qing)(qing)(qing)全球占(zhan)(zhan)比(bi)僅為0.04%。推動化石能(neng)源制氫(qing)(qing)(qing)、工業副(fu)產(chan)氫(qing)(qing)(qing)向電解(jie)水(shui)制氫(qing)(qing)(qing)（綠氫(qing)(qing)(qing)）轉(zhuan)變是必然趨勢。

對(dui)于綠氫制備(bei)來說(shuo)，突破核心技術(shu)是重(zhong)中之重(zhong)。當前，綠氫制備(bei)技術(shu)在關鍵材料、制氫成本方面還存在著短板。

綠氫制備(bei)技術包括堿性水電解技術（AEL）、質子交換膜水電解技術(PEM)、陰離子交換膜電解水技術（AEM）等制氫(qing)技術。

其(qi)中(zhong)(zhong)，AEL最為成(cheng)熟、應(ying)用(yong)較為普(pu)遍，在(zai)中(zhong)(zhong)國(guo)乃至全(quan)球都居于電(dian)解水制氫的(de)(de)主導(dao)地位。AEL的(de)(de)原理是(shi)在(zai)高(gao)濃(nong)度(du)堿性溶液中(zhong)(zhong)通入直流(liu)電(dian)，水分子在(zai)電(dian)極上發生電(dian)化(hua)學反(fan)應(ying)，生成(cheng)氫氣(qi)和氧氣(qi)。為了(le)確(que)保分隔(ge)(ge)開反(fan)應(ying)產(chan)物，AEL在(zai)電(dian)解槽的(de)(de)陽極與陰極之間需設(she)置一(yi)層多孔結構的(de)(de)隔(ge)(ge)膜，因而限制了(le)設(she)備(bei)在(zai)受壓條件下的(de)(de)操(cao)作(zuo)。和AEL相比，PEM具有電(dian)流(liu)密度(du)大、氫氣(qi)純度(du)高(gao)、響(xiang)應(ying)速度(du)快等優點(dian)，但由(you)于PEM電(dian)解槽需要(yao)在(zai)強酸性和高(gao)氧化(hua)性的(de)(de)工作(zuo)環境(jing)下運(yun)行，因此設(she)備(bei)對(dui)于價格昂貴的(de)(de)金屬材料（如銥、鉑、鈦等）更為依賴，成(cheng)本高(gao)昂。目(mu)前，全(quan)球市場電(dian)解水制氫基本被AEL和PEM瓜分，兩者占比分別約為80%和20%。

AEM相(xiang)對來說是(shi)一(yi)項較新的(de)(de)技術。AEM電(dian)(dian)解(jie)槽(cao)的(de)(de)結(jie)構與PEM相(xiang)似：使用(yong)可(ke)以(yi)傳導氫氧根離子（OH-）的(de)(de)固體聚合物陰離子交(jiao)換(huan)膜作(zuo)為(wei)電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)，兩個電(dian)(dian)極分別(bie)位于膜兩側，其上涂(tu)敷催化劑，電(dian)(dian)解(jie)液(ye)可(ke)以(yi)是(shi)純(chun)(chun)水或(huo)者(zhe)弱堿(jian)性溶液(ye)。與PEM不同(tong)的(de)(de)是(shi)，AEM的(de)(de)電(dian)(dian)解(jie)槽(cao)可(ke)以(yi)依(yi)靠鎳基(ji)等非貴金屬催化劑，從(cong)而有(you)效減少材料成本。而與AEL相(xiang)比，AEM設備體積更小、電(dian)(dian)流密度更高(gao)、動態響(xiang)應快、能(neng)更好(hao)地適應可(ke)再生能(neng)源發電(dian)(dian)的(de)(de)波動性。因(yin)此，AEM兼具了堿(jian)性低(di)成本和純(chun)(chun)水高(gao)效率的(de)(de)雙重優(you)勢，是(shi)目前較為(wei)前沿的(de)(de)電(dian)(dian)解(jie)水技術之(zhi)一(yi)，也是(shi)未來綠氫大規模(mo)應用(yong)的(de)(de)首選(xuan)技術之(zhi)一(yi)。

然而(er)，AEM至(zhi)今尚未實現(xian)產業(ye)化，究其原因，其最大(da)的發(fa)展瓶(ping)頸在于(yu)關鍵(jian)材料的研發(fa)，特別(bie)是(shi)陰離子交(jiao)換膜。

陰離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)是AEM電解槽(cao)的(de)核心部件，膜(mo)的(de)性(xing)(xing)能(neng)直(zhi)接影(ying)響了AEM電解槽(cao)的(de)穩定(ding)性(xing)(xing)、壽命、運行效率(lv)以及生(sheng)產成本等。目前，AEM膜(mo)研發的(de)痛點包括耐化(hua)學(xue)(xue)性(xing)(xing)、氫(qing)氧根離(li)子(zi)傳導率(lv)低(di)，電流密度低(di)、化(hua)學(xue)(xue)穩定(ding)性(xing)(xing)差、無法兼(jian)顧性(xing)(xing)能(neng)和使用(yong)壽命等。全球(qiu)范圍內只(zhi)有(you)少數企(qi)業和高校在研究開發AEM膜(mo)，特種(zhong)化(hua)工企(qi)業贏創就是其中之一。該公司正(zheng)在開發一種(zhong)名為DURAION^?的陰離子交換膜，可實現膜電解工藝的質量三角，即在化學穩定性(xing)(xing)、機(ji)械完整性(xing)(xing)和離子(zi)導電性(xing)(xing)上實(shi)現平衡。在此基礎上，贏創還在聯合行業內的其他公司，包括科研機構、電解槽開發商、能源公司等，合作推進整套電解系統的開發。目前，贏創與合作伙伴已對DURAION^?離子交換膜進行了數千小時的運行測試，DURAION^?表現出了卓越的導電性和穩定性，這為大規模部署并采用突破性AEM工藝鋪平了道路。

贏創DURAION^?離(li)子交換膜(mo)（圖片來源：贏創）

未來，隨(sui)著(zhu)相關材(cai)料不斷革新(xin)，綠氫的制備成(cheng)本(ben)有望持續降低，繼而隨(sui)著(zhu)規模(mo)化(hua)的提(ti)升，最終實(shi)現普及(ji)。

目前，氫(qing)(qing)能的(de)資源側與市場側極度(du)不平衡，需要(yao)大規模的(de)儲(chu)運調配。氫(qing)(qing)儲(chu)運成本在整個氫(qing)(qing)能產(chan)業鏈中的(de)占比約為30%-40%，影響著氫(qing)(qing)能的(de)降本空間和規模化發展。

氫氣(qi)單位質量(liang)的能量(liang)密度極高(gao)，單位體積的能量(liang)密度又(you)很低，且易燃、易爆、易泄漏(lou)，這為(wei)氫的儲(chu)運(yun)帶來了諸多(duo)挑(tiao)戰。

在儲氫方面，高壓氣態儲氫是發展最成熟的儲氫技術之一，具有成本較低、能耗低、易脫氫、工作條件較寬等特點。目前，高壓儲氫容器主要分為純鋼制金屬瓶（I型），鋼制內膽纖維環向纏繞瓶（II型），鋁內膽纖維全纏繞瓶（III型）及塑料內膽纖維纏繞瓶（IV型）4個類型。后三種采用復合材料的耐壓容器以消除氫氣泄露與容器爆破等不安全因素。其中，IV型瓶質量最輕，適合于車載，是未來車用儲氫體系發展的主流技術路線。

（圖(tu)片來源：攝圖(tu)網）

內膽是這種儲氫瓶的核心部件之一，需要具(ju)備耐氫氣(qi)滲透性(xing)(xing)和耐熱(re)性(xing)(xing)、良好的高低溫力學(xue)性(xing)(xing)能、良好的工(gong)藝性(xing)(xing)等特(te)性(xing)(xing)。高性能纖維復合材料是氣瓶外殼的重要增強體，需要高性能固化劑提供核心材料性能。贏創用(yong)于(yu)環氧體系胺類固化(hua)劑VESTAMIN^?和Ancamine^?能與(yu)纖維快速(su)浸潤，具(ju)有優異的機械性能、耐(nai)久性以(yi)及高成型效率，可以(yi)滿(man)足實際應用(yong)對(dui)于(yu)高壓儲氫容器嚴苛的性能要求(qiu)。