Avec un soutien et des subventions à grande échelle, on croit que l’hydrogène sera commercialisé plus tôt que prévu.
Le 23 mars, l’administration nationale de l’énergie et la Commission nationale du développement et de la réforme ont publié conjointement le plan à moyen et à long terme pour le développement de l’industrie de l’hydrogène (2021 – 2035). Il est clairement indiqué que l’énergie de l’hydrogène est un élément important du futur système énergétique national, que l’énergie de l’hydrogène est propre et à faible intensité de carbone, que la transformation verte à faible intensité de carbone est réalisée et que l’industrie de l’énergie de l’hydrogène est considérée comme une industrie stratégique émergente et une industrie clé à l’avenir.
En outre, le plan propose des objectifs à chaque étape du développement de l’industrie de l’hydrogène: d’ici 2025, maîtriser essentiellement les technologies de base et les procédés de fabrication, posséder environ 50 000 véhicules à pile à combustible, déployer et construire un lot de stations d’hydrotraitement, produire de l’hydrogène à partir de sources d’énergie renouvelables jusqu’à 100000 à 200000 tonnes / an et réduire les émissions de dioxyde de carbone de 1 à 2 millions de tonnes / an.
D’ici 2030, un système relativement complet d’innovation technologique dans l’industrie de l’hydrogène et un système de production et d’approvisionnement d’énergie propre seront mis en place pour soutenir efficacement la réalisation de l’objectif du pic de carbone. D’ici 2035, l’écologie d’application multiple de l’énergie de l’hydrogène sera formée et la proportion de la production d’hydrogène à partir de sources d’énergie renouvelables dans la consommation finale d’énergie augmentera considérablement.
Stimulés par cette bonne nouvelle, les stocks de concept d’hydrogène ont augmenté et se sont arrêtés sur le marché secondaire.
Les amis qui ont une certaine compréhension de l’industrie devraient savoir que depuis que l’industrie de l’hydrogène a été incluse dans la stratégie énergétique nationale en 2016, l’industrie chinoise de l’hydrogène et de l’énergie s’est développée rapidement et a commencé à prendre forme à tous les maillons de la chaîne industrielle, a terminé le processus de 0 – 1 et est en train de passer de 1 – n.
Selon les prévisions de la China Hydrogen Energy Alliance, la valeur de production de l’industrie chinoise de l’hydrogène atteindra 1 billion de yuans entre 2020 et 2025 et 5 billions de yuans entre 2026 et 2035. On peut dire que l’avenir de l’énergie de l’hydrogène est la mer des étoiles.
Bien entendu, à l’heure actuelle, il existe encore de nombreuses technologies clés dans tous les maillons de la chaîne industrielle, telles que le stockage et le transport de l’hydrogène liquide, les bouteilles de stockage de l’hydrogène de type IV, les grandes stations d’hydrogénation, les coûts des piles électriques, etc.
Au – dessus de ces problèmes, il y a un autre problème, si nous ne pouvons pas résoudre le développement de l’industrie de l’hydrogène.
Ce lien est la première porte à laquelle l’industrie de l’hydrogène doit faire face pour faire progresser le processus de production d’hydrogène. P align = “center” 01 p align = “center” Green Hydrogen for Deep defect
Avec la popularisation progressive des connaissances sur l’énergie de l’hydrogène, les avantages d’une combustion efficace de l’énergie de l’hydrogène sans carbone sont généralement acceptés, et la chaîne industrielle de l’énergie de l’hydrogène est également bien comprise.
En effet, en termes d’efficacité énergétique, le pouvoir calorifique de l’hydrogène est d’environ 140 MJ / kg, soit plus de trois fois celui des combustibles traditionnels tels que le charbon et l’essence.
En termes de réserves, l’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers, représentant environ 75% de la masse de l’univers. Les riches ressources en eau de la terre contiennent une grande quantité d’énergie hydrogène exploitable. L’avenir est l’une des sources d’énergie les plus pratiques et les moins coûteuses.
En revanche, le coût des matériaux métalliques pour les piles au lithium, comme le lithium et le cobalt, représente une part importante du coût total des piles et est relativement rare et coûteux.
Une grande quantité de lithium, de cobalt, de nickel et d’autres matériaux métalliques doivent être utilisés dans la production de batteries. L’extraction, la production et le traitement des matériaux métalliques produiront une grande quantité de consommation d’énergie et d’émissions de carbone, appartenant à l’industrie métallurgique et chimique.
Le produit de la combustion directe de l’hydrogène ou de la production d’électricité à partir de piles à combustible est l’eau, ce qui permet d’obtenir de véritables émissions de carbone nulles et de ne pas polluer l’environnement. L’hydrogène est donc appelé l’énergie ultime.
Selon l’ordre descendant de la chaîne industrielle, la chaîne industrielle de l’hydrogène et de l’énergie peut être divisée en trois parties, l’amont étant la production et l’approvisionnement en hydrogène; La partie moyenne est la pile à combustible et les composants de base, tandis que la partie inférieure est l’application de la pile à combustible.
À l’heure actuelle, il existe trois voies technologiques relativement matures de production d’hydrogène: premièrement, la production d’hydrogène par reformage de l’énergie fossile représentée par le charbon et le gaz naturel, communément appelée hydrogène bleu; L’autre est la production d’hydrogène à partir de sous – produits industriels tels que les gaz de cokerie, les gaz de queue chlorés et alcalins et la déshydrogénation du propane. Troisièmement, l’eau électrolytique produit de l’hydrogène, communément appelé hydrogène vert.
La production d’hydrogène à partir de sources d’énergie fossiles est le principal mode de production d’hydrogène en Chine, tandis que les émissions de carbone des systèmes de production d’hydrogène à partir d’eau électrolytique à partir de sources d’énergie renouvelables sont les plus faibles.
Les deux premières technologies de production d’hydrogène ne peuvent pas se débarrasser de la consommation d’énergie traditionnelle, bien que la technologie de captage et de stockage du carbone (CSC) puisse efficacement réduire les émissions de carbone provenant de la production d’hydrogène à partir de sources d’énergie fossiles. Mais à long terme, seule l ‘”hydrogène vert” produit par l’eau électrolytique produite à partir de sources d’énergie renouvelables peut produire de véritables émissions de carbone nulles.
La Chine est le plus grand producteur d’hydrogène au monde, avec une production annuelle d’hydrogène d’environ 33 millions de tonnes, dont environ 12 millions de tonnes peuvent satisfaire aux normes de qualité de l’hydrogène industriel. Les énergies renouvelables sont les premières installations au monde et offrent un énorme potentiel d’approvisionnement en hydrogène propre et à faible intensité de carbone.
À l’avenir, grâce à l’eau électrolytique, les riches énergies renouvelables peuvent être converties en hydrogène Vert, fournissant des matières premières et des combustibles propres et respectueux de l’environnement aux secteurs à forte émission tels que la construction, les transports et l’industrie, réduisant ainsi l’utilisation de l’énergie fossile et réduisant efficacement les émissions de carbone.
Par conséquent, la production à grande échelle d’hydrogène vert à l’avenir est la tâche principale de l’industrie de l’hydrogène pour réaliser une décarbonisation profonde.
Toutefois, les progrès réels sont lents et longs. Selon les estimations de l’Irena, seulement 4% de l’hydrogène mondial provient de la production d’hydrogène à partir d’eau électrolytique, le reste provenant du charbon, du gaz naturel et du raffinage du pétrole.
Le coût de l’eau électrolytique pour produire de l’hydrogène est beaucoup plus élevé que celui de l’énergie fossile.
Cependant, avec la poursuite de la réduction des coûts de l’énergie photovoltaïque et éolienne, d’ici 2030, le coût de l’électricité atteindra 0,1 – 0,15 yuan / kWh dans certaines régions avantageuses pour les ressources renouvelables en Chine, et le coût de l’hydrogène vert diminuera progressivement à environ 14 yuan / kg, réalisant ainsi la parité avec l’hydrogène gris.
L’hydrogène vert avec des propriétés de décarbonisation profonde est sans aucun doute un meilleur choix, et l’expansion commerciale à grande échelle suivra. P align = “center” 02 p align = “center” PEM Electrolytic Water Technology
Le principe de base de la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est que les molécules d’eau se dissolvent pour produire de l’oxygène et de l’hydrogène à partir de l’anode et de la cathode de l’électrolyseur sous l’action de courant direct, qui peuvent être divisés en quatre voies techniques: l’électrolyse de l’eau alcaline, l’électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons (PEM), l’électrolyse de l’eau à membrane échangeuse d’anions (AEM) et l
À l’heure actuelle, le degré d’industrialisation de l’électrolyse alcaline de l’eau et du PEM est relativement élevé.
La technologie de l’eau électrolytique alcaline est la plus mature, qui utilise l’hydroxyde de potassium comme électrolyte et l’amiante comme membrane pour séparer l’eau pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène.
Étant donné qu’il s’agit d’une condition alcaline, les électrocatalyseurs métalliques non nobles peuvent être utilisés, de sorte que le coût des cellules électrolytiques est relativement faible. Cependant, il est difficile de démarrer et de charger rapidement et de réguler rapidement la vitesse de production d’hydrogène, de sorte que l’adaptabilité aux énergies renouvelables est faible.
Du point de vue technique, la technologie de l’eau électrolytique PEM présente des avantages uniques. De nombreux nouveaux projets ont commencé à choisir la technologie de l’eau électrolytique PEM et ont commencé à gagner plus de parts de marché au cours des dernières années.
Comparativement à la technologie de l’eau électrolytique alcaline, l’électrolyse PEM adopte l’électrolyse de l’eau pure, sans pollution ni corrosion; Deuxièmement, la membrane d’échange de protons a une conductivité protonique plus élevée, le courant de fonctionnement de l’électrolyseur peut être grandement amélioré, ce qui améliore l’efficacité de l’électrolyse.
Entre – temps, la technologie de l’eau électrolytique PEM peut fournir une plage de charge plus large et un temps de démarrage de réponse plus court, et elle a une bonne correspondance avec l’hydroélectricité, l’énergie éolienne et l’énergie photovoltaïque (la volatilité et le caractère aléatoire de la production d’énergie sont plus grands), ce qui est le plus approprié pour le développement futur de la structure énergétique.
Au cours des dernières années, la technologie de l’eau électrolytique PEM a été progressivement accélérée.
En 2015, Siemens et lInde Gas ont construit la plus grande usine d’électrolyse PEM au monde dans le parc énergétique de Mayence, en Allemagne, avec une puissance nominale installée de 6 MW. Depuis lors, le nombre et l’échelle des projets d’électrolyse PEM ont également augmenté. En 2020, air liquide français achèvera la construction du projet d’eau électrolytique PEM de 20 MW à bécancourt, au Canada.
En Chine, l’Institut Dalian de chimie et de physique de l’Académie chinoise des sciences et le 718 Institute of China Shipbuilding Industry Group mènent des recherches et fabriquent des équipements de production d’hydrogène à eau pure PEM.
Sinopec, Sany, Longji et Sungrow Power Supply Co.Ltd(300274)
Le 4 mars 2021, Shanghai Electric Group Company Limited(601727) Power Station Group et Dalian Institute of Chemical Physics, cas ont officiellement signé l’Accord de coopération pour le développement d’équipements et de systèmes modulaires et efficaces de production d’hydrogène par électrolyse PEM de classe mégawatt.
Le 18 mars 2021, Sungrow Power Supply Co.Ltd(300274) Il est entendu que ce produit a une puissance de 250kw par cellule, qui est la plus grande cellule électrolytique PEM en Chine à l’heure actuelle, et est également la première cellule électrolytique PEM standard de 50m3 produite en Chine.
Cummins remporte l’appel d’offres China Petroleum & Chemical Corporation(600028) First 2.5mwpem Project.
Le 15 janvier 2022, Longyuan Hydrogen Energy Co., Ltd., filiale à part entière de Jiangsu Lopal Tech.Co.Ltd(603906) ( Jiangsu Lopal Tech.Co.Ltd(603906) .sh), et Dalian Institute of Chemical Physics de l’Académie chinoise des sciences ont lancé conjointement un projet de recherche et de développement sur le catalyseur PEM pour la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau.
Comme on peut le voir, le projet d’électrolyse PEM en Chine est à petite échelle, et la plupart des équipements actuellement utilisés en Chine sont de petites cellules électrolytiques. Quels sont les facteurs qui limitent l’expansion de la production d’hydrogène par électrolyse PEM? Pour remonter à la source, nous devons revenir à la construction des cellules PEM. P align = “center” 03 p align = “center” goulot d’étranglement affectant la promotion de la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau PEM
Les principaux composants de l’électrolyseur PEM sont la membrane d’échange de protons, la couche catalytique cathodique et anodique, la couche de diffusion cathodique et anodique du gaz, la plaque cathodique et anodique, etc.
La couche de diffusion, la couche catalytique et la membrane d’échange de protons forment l’électrode membranaire, qui est le champ principal du transport des matériaux et de la réaction électrochimique dans l’ensemble de la cellule d’électrolyse de l’eau. Les caractéristiques et la structure de l’électrode membranaire affectent directement la performance et la durée de vie de la cellule d’électrolyse de l’eau PEM. P align = “center” Source: PEM: The most potential Electrolytic Water Hydrogen generation technology
En ce qui concerne les coûts d’investissement, les coûts des cellules ont diminué de 40% au cours des cinq dernières années, mais les coûts de l’électrolyse PEM sont encore au moins deux fois plus élevés que ceux de l’eau alcaline. L’investissement et les coûts d’exploitation demeurent les principaux problèmes à résoudre d’urgence dans la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau PEM.
L’électrolyseur est la partie centrale du système de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau. Du point de vue de la composition des coûts, les cellules représentent environ 40 à 50% du coût total du système de production d’hydrogène.
La membrane d’échange de protons est la partie centrale de l’électrolyseur. Non seulement elle conduit les protons, isole l’hydrogène et l’oxygène, mais elle soutient également le catalyseur. La performance de la membrane d’échange de protons détermine directement la performance et la durée de vie de l’électrolyseur d’eau, de sorte qu’elle est très importante dans l’ensemble de l’équipement.
Contrairement à la production d’hydrogène par électrolyse alcaline de l’eau, la membrane d’échange de protons de l’acide perfluorosulfonique avec une bonne stabilité chimique, conductivité des protons et séparation des gaz est choisie comme électrolyte solide pour remplacer la membrane d’amiante, ce qui peut efficacement empêcher le transfert d’électrons et améliorer la sécurité des cellules électrolytiques.
La fabrication de membranes d’échange de protons a longtemps été monopolisée par de nombreux fabricants américains et japonais, comme Dupont et Gore. Actuellement, les séries Nafion – 711 et 511 de Dupont sont principalement utilisées. La série est principalement fabriquée à partir de résines d’acide perfluorosulfonique. L’épaisseur de la membrane est de 10 à 15 fois supérieure à celle de la membrane échangeuse de piles à combustible ordinaire, de sorte que le coût global est très élevé.
À l’heure actuelle, des entreprises chinoises telles que Dongyue et kerun sont activement mises en place. La première phase de la ligne de production de membranes d’échange de protons de 1,5 million de m2 de Dongyue a été mise en service et le projet de membranes d’échange de protons de 1 million de m2 de kerun a également commencé. Avec la percée de la technologie chinoise, il y a beaucoup de place pour les membranes d’échange de protons fabriquées en Chine pour remplacer les membranes importées.
En ce qui concerne les catalyseurs de métaux précieux, l’anode et la cathode de l’électrode membranaire PEM utilisent principalement deux types de catalyseurs de métaux précieux: le platine et l’iridium.
Toutefois, du point de vue de la répartition des ressources en amont, les réserves de ces deux métaux précieux en Chine sont très faibles, principalement en Afrique du Sud, en Russie, en Amérique du Sud et dans d’autres régions. Une fois que le PEM est largement utilisé pour la production d’hydrogène, l’industrie chinoise sera confrontée au risque que les matières premières dépendent fortement des importations étrangères dans la chaîne d’approvisionnement.
Dans le même temps, le processus de production et le niveau de capacité des deux catalyseurs en Chine ne sont pas comparables à ceux de marques étrangères telles que Johnson Matthey. La demande d’importation de catalyseurs PT et Iridium par les entreprises chinoises d’équipement PEM est encore évidente.
En ce qui concerne les matériaux de la couche de diffusion, le feutre fritté, le feutre de titane et le feutre de carbone sont principalement utilisés dans l’industrie à l’heure actuelle. L’anode est le feutre de titane avec l’effet le plus élevé, et la cathode est principalement le feutre de carbone. Afin de réaliser la meilleure coopération entre les matériaux et le processus domestique, les matériaux de remplissage de la couche de diffusion sont essentiellement personnalisés, qui est également l’un des liens clés pour refléter le niveau de processus de chaque maison.
Bien qu’à l’heure actuelle, de nombreuses entreprises chinoises aient des produits similaires soumis à des essais d’échantillons, l’effet global et les homologues étrangers ont encore un grand écart.
À l’exception du matériau de remplissage anodique de la couche de diffusion, la plaque bipolaire, la plaque d’extrémité et d’autres parties sont en alliage de titane pour empêcher la fragilisation par l’hydrogène et améliorer la sécurité globale de l’équipement. L’alliage de titane est difficile à usiner, ce qui exige également un niveau élevé de précision d’usinage pour les entreprises nationales.
Dans l’ensemble, la production d’hydrogène à partir de PEM est en plein essor en Chine, de nombreux liens techniques doivent être surmontés et la commercialisation à grande échelle doit être réalisée avec une longue barrière.
Cependant, dans la future carte énergétique, l’hydrogène est sans aucun doute un puzzle important, sous la promotion active de l’État et l’intervention du capital, la perspective de réaliser le remplacement de la localisation est relativement optimiste. P align = “center” 04 p align = “center” Conclusion
Dans le contexte de la neutralisation des émissions de carbone, le remplacement des sources d’énergie traditionnelles par de nouvelles sources d’énergie est une tendance in évitable du développement historique.
L’importance de l’énergie pour un pays est évidente. La concurrence entre les pays passe progressivement de la concurrence des sources d’énergie traditionnelles à la concurrence de la construction de nouvelles sources d’énergie.
Les gouvernements de tous les pays soutiennent vigoureusement la recherche et le développement sur la technologie de l’énergie de l’hydrogène et la mise en page de l’industrie, et s’efforcent d’obtenir un premier pas grâce à des politiques de soutien intensives.
Avec le soutien et les subventions à grande échelle du Gouvernement, nous croyons que l’hydrogène sera disponible plus tôt que prévu.
À l’heure actuelle, la première chose à faire est d’ouvrir la première porte de l’industrie de l’énergie de l’hydrogène, qui est le remplacement de la technologie de l’eau électrolytique PEM.
