수소 에너지 개발 동향
수소에너지풍부하고, 녹색이며, 저탄소이며, 광범위하게 적용 가능한 2차 에너지원입니다. 점차 글로벌 에너지 전환에서 중요한 운반자 중 하나가 되고 있습니다. 중국은 세계 최대의 수소 생산국으로, 수소 생산, 저장, 운송 및 연료 보급과 관련된 핵심 기술과 공정을 처음으로 마스터하여 비교적 완전한 수소 에너지 산업 사슬을 형성했습니다. 최근 몇 년 동안 중국의 수소 에너지 산업은 빠르게 발전하여 수많은 참여자를 유치하고 강력한 경쟁력을 가진 여러 유명 기업을 배출했습니다. 현재 업계의 선도 기업은 기술 연구 개발 강화, 산업 사슬 연결 간소화, 판매 네트워크 구축 및 전문 인재 양성을 통해 경쟁 우위를 확보했습니다.
미래에 수소 에너지 산업이 계속 진화함에 따라 수소 생산에 대한 고객 수요가 점점 더 증가하여 산업 통합이 더욱 강화될 것입니다. 선도 기업의 시장 점유율은 점차 증가하고 수소 에너지 부문의 진입 장벽이 더욱 두드러질 것입니다. 탄소 피크와 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 중국은 수소 에너지를 미래 국가 에너지 시스템의 중요한 부분, 에너지 최종 사용 터미널에서 녹색 및 저탄소 전환을 달성하기 위한 핵심 수단, 전략적 신흥 산업 및 미래 산업 개발의 초점으로 자리 매김했습니다.
국가 정책에 대응하여 기업들은 이중 탄소 전략을 적극적으로 실행하고 있으며, 장주기, 안정적이고 신뢰할 수 있는 운영을 보장하기 위해 성숙한 기술을 사용하고 있습니다. 수소 생산을 위한 알칼리수 전기분해는 주로 기술에 의존하여 시장을 포착하고, 품질에 의존하여 시장을 통합하고, 서비스에 의존하여 시장을 확장합니다. 시장 수요에 의해 주도되고, 기술에 의해 이끌리고, 품질에 집중하여 명성을 얻고, 혁신을 개발의 길로 삼아, 이 산업은 진정으로 제로 배출 및 오염, 긴 서비스 수명, 디지털 모니터링 및 운영, 안전 및 무인 운영 모드를 달성하고, 우수한 품질, 적시 공급, 합리적인 가격 및 최고 수준의 서비스를 목표로 합니다.
수소 에너지는 오염이 없고, 발열량이 높으며, 저장 및 응용 분야에서 다재다능하다는 장점을 자랑합니다. 물의 전기 분해는 재생 에너지와 변동하는 잉여 전기를 활용하여 수소를 생산할 수 있으므로 수소 생산을 위한 가장 이상적이고 환경 친화적인 방법 중 하나입니다. 따라서 수소 생산을 위한 재생 에너지 전기 분해의 개발은 에너지 안보와 이산화탄소 감소에 중요합니다. 그러나 현재 전 세계적으로 수소의 4%만이 물 전기 분해를 통해 생산되고 있으며, 이는 주로 이 방법과 관련된 높은 비용으로 인해 발생하며, 전기 소비와 전해조 비용이 대규모 응용 분야에 대한 주요 제약 요소입니다.
이중 탄소 목표의 추진력 하에 재생 에너지 발전 기술의 발전은 전기 가격을 낮추고, 물 전기 분해 수소 생산 산업의 발전을 위한 강력한 촉매 역할을 할 것으로 기대됩니다. 알칼리 전기 분해 기술은 저비용, 긴 수명, 풍부한 재료 공급원으로 주목을 받고 있어 대규모 수소 생산에 적합합니다. 그러나 대규모 수소 생산 응용 분야에서는 여전히 알칼리 전기 분해 기술의 전류 밀도와 에너지 효율을 더욱 향상시켜 장비와 전기 비용을 개선할 필요가 있습니다. 멤브레인과 전극 재료는 이 과정에서 중요하고 대체할 수 없는 역할을 합니다.
물 전기분해 수소 생산 기술의 미래 전망
물 전기분해를 통한 수소 생산 비용은 주로 전기 비용, 전해조 투자 비용 및 운영 부하에 따라 달라지며, 전기 비용은 수소 생산 감도에 최대 60-70%까지 영향을 미칩니다. 전기 비용이 감소함에 따라 장비 투자 비용 비중이 점차 증가할 것입니다. 향후 비용 절감 동인은 주로 전기 가격 하락, 장비 활용률 증가 및 전해조 비용 절감을 위한 기술 발전에서 비롯될 것입니다. 그러나 알칼리 전해조 기술은 이미 매우 성숙되었기 때문에 기술 혁신을 통해 비용을 절감할 수 있는 범위는 제한적입니다. 추가적인 산업 개발로 인해 미래의 응용 시나리오는 계속 확대될 것이며 대규모, 저비용 및 저에너지 소비가 산업 개발에 대한 합의로 인식됩니다.
물 전기분해 수소 생산을 위한 기술 경로 분류
물 전기분해를 통한 수소 생산에는 알칼리성 물 전기분해(알크), 양성자 교환막 물 전기분해(피엠에스), 고체 산화물 전기분해(전자전기), 음이온 교환막 물 전기분해(아임에이엠)의 4가지 주요 기술 경로가 있습니다.
알칼리 전기 분해 (알크): 이 과정은 알칼리성 전해질 용액(일반적으로 코(KOH))에서 수행되는데, 오- 이온은 막을 통과해 양극으로 이동하면서 전자를 잃어 O2를 생성하는 반면, 음극의 물은 전자를 얻어 H2와 오-를 생성합니다.
양성자 교환막 전기 분해(피엠에스): 이 방법은 순수한 물을 전기분해하는데, 여기서 H2O 분자는 양극에서 산화되어 산소와 H+ 이온을 생성합니다. H+(양성자)는 전기장의 영향으로 양성자 교환막을 통해 음극으로 이동하여 환원 반응을 거쳐 수소 가스를 생성합니다.
고체산화물 전기분해(전자전기): 이 공정은 일반적으로 600°C 이상의 고온에서 수증기를 이온화하여 수소와 산소 이온을 생성하는 공정으로, 태양열 발전 시스템에서 고온, 고압 증기를 생산하는 데 적합합니다.
음이온 교환막 전기 분해(아임에이엠): 이 공정은 일반적으로 전해질로 순수한 물이나 저농도 알칼리성 용액을 사용하는데, 오- 이온은 교환막을 통과하여 양극에 도달하여 물과 산소를 생성하는 반면, 음극의 물 분자는 오-와 수소 가스를 생성합니다.
수소 생산 공정 경로 비교
각 방법에는 고유한 장점과 한계가 있습니다.
알칼리 전기 분해 (알크)
장점: 현재 가장 성숙한 기술이며 장비 비용이 낮습니다.
제한 사항: 부식성 액체; 높은 운영 및 유지 보수 비용; 이론적인 효율은 피엠에스 및 SOEC보다 낮음; 간헐적 전원에 적용하기 어려움.
양성자 교환막 전기 분해(피엠에스)
장점: 간헐적인 전원에 대한 적응성이 높고, 풍력이나 태양광과 같은 재생 에너지와 통합하기 쉽습니다. 운영 및 유지 보수 비용이 낮습니다.
제한 사항: 장비 비용이 높고 귀금속 촉매가 필요합니다.
고체산화물 전기분해(전자전기)
장점: 이론 효율이 높습니다. 귀금속이 아닌 촉매를 사용할 수 있습니다.
제한 사항: 고온 반응 환경, 제한적인 응용 시나리오, 여전히 실험실 연구 개발 단계에 있으며 아직 상용화되지 않았습니다.
음이온 교환막 전기 분해(아임에이엠)
장점: 알칼리성과 PEM의 장점을 결합한 제품입니다. 재료 비용이 낮고, 전해질(희석된 알칼리성 용액이나 물)의 부식성이 낮으며, 귀금속 촉매가 필요하지 않습니다.
제한 사항: 음이온교환막은 아직 R&D 단계라 대량생산에 어려움이 있음.
알칼리 전기분해 경로는 성숙되었고, PEM은 강력한 성장 잠재력을 보여주는 반면, SOEC와 AEM은 유망한 미래 잠재력을 가지고 있습니다.
