电解水生产绿氢

工作原理：查看电解槽结构

电解槽外观类似集装箱，内部则是一个复杂的系统，包括泵、储气罐、通风口、电源等众多部件，小室(Cell)位于系统的中心位置。在这里将发生电化学反应。最简单的电池结构包含一个带正电的阳极和一个带负电的阴极。

当电流通过时，水分子中稳定的氢氧(H2O)键会被打破，于是在在阴极上产生氢气，阳极则生成氧气。副产物既可用于下游工业环节，也可直接排放到大气中而不产生额外的碳成本。

两种技术

由于纯水本身并非导电体，为确保电解过程的效率，我们会采用电解质作为替代。电解技术因使用的电解质类型而有所不同。目前两种主流技术是碱性电解槽和质子交换膜（PEM）电解槽，它们都可以在现场按需生产高纯度氢气。

碱性电解

碱性电解是一种非常成熟的技术，它利用多孔隔膜将两个电极隔开，并以碱性溶液作为电解质。电解过程中，氢氧根离子在电极间传输，分别生成氧气和氢气，而电解质溶液本身并不被消耗。

这项技术十分高效、可靠和经济，容量可扩展至兆瓦级别。不过，它也存在一些局限性，如使用腐蚀性液体电解质、运行电流密度和气压较低，以及可能产生的气体交叉问题。目前，林德已在全球安装了80多台碱性电解槽。

质子交换膜（PEM）电解

PEM电解技术采用纯水和固体聚合物电解质，而非液体溶液。电解过程中，水被分解成氢气和氧气。氢质子穿过薄膜与电子结合，在阴极侧形成氢气。

PEM电解槽可以快速提升/降低生产负荷，而且操作范围广，特别适合与波动性较大的可再生能源配合使用。此外，该技术不使用腐蚀性电解质，可在高电流密度下运行（可加速水分子的分解），有助于降低生产成本。同时，它的占地面积小、结构紧凑，易于适应多种现场工业应用环境。

关于容量：电解槽容量如何？

无论采用哪种技术，电解槽的容量，即最大运行功率，始终是最重要的衡量指标，通常以瓦、兆瓦或吉瓦（W, MW, GW）为单位来计量。功率的提升意味着电解槽能够产生更多的氢气。

举例来说，如果制备1公斤氢气需要消耗50千瓦时的能量，那么一个10兆瓦的电解槽在一小时内可以制备出200公斤氢气，而20兆瓦的电解槽在同样的时间内则能制备出400公斤。通过模块化设计堆叠单个小室可以增加电解槽的容量：这种高度灵活性对于拓展工业应用范围具有重要意义。

随着绿氢在推动传统应用和新应用的长期脱碳目标中发挥日益重要的作用，电解水生产绿氢正日益受到世界各国政府的重视，相关项目的安装数量也在快速增长。根据国际能源署发布的《2022年全球氢能评论》（Global Hydrogen Review 2022），基于当前的项目规划，预计到2020年代中期，全球电解槽总产能有望超过35吉瓦，而到2030年，这一数字将进一步攀升至134吉瓦。