验证中！AEM电解水制氢如何走通商业化路径

AEM作为第三代电解水制氢技术，同时结合了ALK和PEM的低成本、高动态响应的优点，被认为是未来规模化绿氢制取的最佳解决方案，国内外企业也都在争相布局AEM电解水制氢技术。

近两年，国内如稳石氢能、氢鸾科技、亿纬氢能、中电绿波、泰极动力等多家企业相继推出AEM电解水制氢新品，市场活力增强，AEM电解槽的技术水平也在不断提升，单模块电解槽规模不断扩大。

表1国内AEM电解槽新品情况

国外主要以Enapter公司、Ansaldo Green Tech公司、P2H2公司为代表。其中，Enapter公司为是市场上第一家完成商业化的AEM电解槽公司，也是目前唯一一家完成规模化出货的公司，在2019年开发了全球首款模块化商业产品Electrolyser EL 2.1，目前该产品已升级到EL 4.0版本。

表2 国外AEM电解槽新品情况

AEM电解水作为新型制氢技术，正在从实验室走向商业化起步阶段。2023年以来，AEM电解水制氢技术商业化应用需求也初露头角。国内AEM电解水设备系统功率以及电耗取得突破性进展；在产品取得初步的进展的同时，AEM电解水设备在商业化应用上也取得一定的进展，实现了小范围的AEM电解槽的零售。

表3 国内AEM电解槽订单情况

国内AEM电解槽从2023年的5kW项目应用到2024年的1.25MW项目中标，AEM市场取得了跨越式发展。其中深圳稳石氢能科技有限公司中标的全球首套单系统1.25MW-AEM（阴离子交换膜）电解水制氢项目，刷新了目前全球最大单系统功率AEM制氢项目的纪录，开启了国内兆瓦级AEM商业化应用示范。

相比国内，今年下半年以来，海外市场对AEM电解槽需求暴增，主要以Enapter为主。

表4 Enapter AEM电解槽部分订单情况

AEM电解槽的市场需求主要来自科研示范项目、制加氢一体站、电厂、工业园区和社区楼宇等场景，暂时还没有出现AEM应用到大型绿氢项目的案例，不过氢鸾科技在应用于绿氢项目领域取得了重大的突破，其研发的AEM离网制氢系统于2023年10月在上海研发基地启动运行，该系统集成了40kW光伏阵列与30kW AEM制氢单元，实现了超2100小时的稳定运行，系统在绿电工况下具备高波动跟随性能，未来可大规模布局可再生能源离网制氢场景。

图1氢鸾科技离网制氢系统

尽管AEM电解水制氢技术已取得显著进展，也发布了多款AEM新品，但AEM目前还没有进入大规模商业化。

首先，AEM技术面临的最大挑战在于其技术验证。目前，AEM技术仍需在实际运行中得到验证，而非仅仅停留在概念验证或小规模示范阶段。在国内市场，短期内，离网场景的示范项目是AEM技术最适合的发展阶段。这主要涉及两个方面的验证：一是新能源波动适应能力的极限；二是运行寿命与稳定性，即AEM系统在真实新能源场景下能够运行多少小时，以及何时会出现显著的性能衰减。

众所周知，膜材料是影响AEM电堆寿命的关键因素，但这并非唯一因素。电堆的整体设计、双极板的选型与流道优化、阴阳极催化剂的配比、设计与选型优化、膜的机械性能与寿命的平衡优化、膜电极的喷涂与封装等，都是影响AEM电堆综合性能的重要因素。鉴于国内机械加工设备精度的现状，还需要从电堆设计的源头进行装配精密度的反向优化。

从商业化的难题来看，除了制氢量的问题，AEM系统的寿命和稳定性也是两大挑战。在绿电场景下，制氢系统面临着频繁启停和功率波动性大的难题。当前，AEM技术能够在低于PEM的价格下提供优秀的波动对冲性能，但系统寿命相对较短。实际上，无论是AEM还是PEM，其寿命都未达到商业化的基本要求，这是全球AEM制造商需要共同突破的难题。当然，这一问题也可以通过工程手段解决，例如通过人工智能调度手段布置混合电解水系统（PEM+ALK或AEM+ALK）来缓解当前的难题。

目前，AEM全球供应链体系仍处于初期阶段。无论是核心材料的制造商还是BOP（辅助设备）制造商，其专业度都需要大幅提升。AEM行业需要更多参与者加入，共同提升供应链的成熟度以及最终产品的竞争力。

AEM技术的商业化路径是一个分阶段、系统化的过程，旨在逐步扩大技术应用范围，提高效率，并降低成本。那AEM商业化路径要如何跑通？在和香橙会研究院的交流中，氢鸾科技供应链总经理徐迟也系统地分享了他的观点：

1）零售与量产需求的满足：对于小于100标准立方米/小时的氢气需求，这些通常被视为零售需求，它们多样化且往往需要定制化解决方案。标准化、快速部署是对新技术普及的重要考量标准，从量产的角度来说，分布式应用与大型绿氢消纳型应用是两大类迅速跑量的需求形态。

2）兆瓦级分布式场景的应用：在这一类别中，根据氢气需求量的大小，可以配置一个或多个AEM制氢集装箱产品，以迅速完成制氢系统的部署。在当前的市场环境下，追求绿电制绿氢的象征意义往往大于实际需求。因此，可以根据国内外对碳中和政策的推行进度，分步骤进行制氢部署。在电价问题上，可以考虑不同的用电组合形式，例如绿电加谷电，或绿电加蓄冷电价，以进一步提升电解水系统的运行小时数，降低运营费用。

3）混合制氢系统的扩展：为了迅速扩展AEM的商业化应用，在制氢工艺的组合上，可以考虑混合制氢系统，以进一步降低总投资成本。目前，ALK（碱性电解）技术在绿氢应用中更为广泛，但由于其隔膜结构的特点，在频繁启停、冷热启动以及高频率波动工况下存在较大的安全运行隐患。因此，需要为新能源配置超长时储能，以使用电工况趋于平稳，但这不仅导致成本大幅提升，锂电池储能系统本身也具有一定的安全风险。另一种可行的解决方案是将AEM或PEM与ALK组成联合制氢系统，利用AEM或PEM对波动的强跟随性能弥补ALK在绿电工况下的弱势，从而在系统层面上大幅提升系统级寿命。

4）大型绿电场景的应用：在超过10000标准立方米/小时的大型绿氢消纳场景下，纯ALK、纯AEM或纯PEM都不是最佳解决方案，因为这三种形式都不能完全解决既要安全又要便宜的难题。因此，在这类应用场景上，早期搭建混合制氢系统是一个兼顾波动性与性价比的妥协方案。由于PEM的贵金属依赖问题，在更大的制氢场景下，所需的制氢量越大，PEM对贵金属的需求量就越大，因此PEM并不适合超大型制氢场景，因为成本不可接受。相比之下，AEM可以在大型绿氢场景下与ALK组合混合阵列系统，并且从早期的10%-90%（PEM与ALK配置比例）配比可以逐步过渡到更大比例，进一步提升整个制氢系统的波动对冲性能。随着供应链的成熟与AEM性能与寿命的大幅进步，在大型制氢场景下AEM将进一步增加渗透率。

不过AEM的技术推广和商业延展必然也需要进行从“小”到“大”的场景验证。对于其验证实施，徐迟认为需要经历7个阶段的转变：

1）小规模AEM示范系统的构建与测试：此阶段旨在通过搭建小规模的AEM示范系统，进行初步的技术验证和性能测试，以评估AEM技术在实际应用中的可行性和稳定性。

2）兆瓦级AEM示范项目的实施与应用：在小规模示范系统的基础上，进一步扩大至兆瓦级的示范项目，这不仅能够测试AEM技术在更大规模下的性能，同时也是向商业化迈进的重要一步。

3）多场景兆瓦级AEM示范项目的实施与应用：在不同应用场景中实施兆瓦级AEM示范项目，这有助于全面评估AEM技术在多样化环境下的适应性和可靠性，为后续的商业化应用提供坚实的数据支持。

4）AEM技术的分布式商业化应用：在验证了AEM技术的稳定性和可靠性后，将其应用于分布式商业化场景，这标志着AEM技术开始进入市场，满足更广泛的商业需求。

5）超大型制氢场景下AEM/ALK协同制氢应用：探索AEM技术与ALK（碱性电解）技术的协同应用，特别是在大型制氢场景中，这不仅能够提高制氢效率，还能推动绿氢、绿醇/氨、SAF（可持续航空燃料）等氢基能源的应用。

6）供应链成熟与AEM电堆寿命的显著提升：随着供应链的成熟和AEM电堆寿命的显著提升，AEM技术将具备更广泛的应用潜力，为未来的商业化铺平道路。

7）从科研示范到商业需求的转变：早期的客户群体，如科研机构和示范项目，将逐渐转变为对AEM产品有真实需求的商业客户，这标志着AEM技术在市场上的接受度和需求的增长。

通过这一系列有序的步骤，AEM技术的商业化进程将更加稳健和可持续。每一步都是基于前一步的成果，逐步推进，确保技术的成熟度和市场的接受度同步提升。

AEM技术因其低成本和高效能的特点，在市场中具有明显的竞争优势。AEM电解槽的市场需求主要来自研究机构、电厂等场景，随着技术的成熟和市场验证，AEM技术有望在局部场景的小范围内进行推广应用。随着AEM技术的不断发展和优化，预计在未来几年内，AEM将在局部范围内实现规模化应用，形成百兆瓦的应用规模。AEM技术的发展将推动绿氢生产成本迈入1美元/kg时代，使绿氢、绿氨、绿醇有望大规模应用于能源、交通和工业领域脱碳。