當(dāng)前，全球能源轉(zhuǎn)型的呼聲越來越強(qiáng)烈。在此背景下，氫能作為一種清潔低碳、靈活高效、來源廣泛及應(yīng)用多元的能源獲得了爆發(fā)式增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。然而，氫能產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展仍有諸多瓶頸需要突破，而這正成為化工行業(yè)的新機(jī)會(huì)。

（圖片來源：攝圖網(wǎng)）

根據(jù)國(guó)際氫能理事會(huì)預(yù)測(cè)，到2050年，氫能將滿足全球18%的終端用能需求，減排二氧化碳達(dá)60億噸。鑒于此，近年來，全球大約80個(gè)國(guó)家提出了氫能發(fā)展規(guī)劃，將氫能作為脫碳能源的重要組成部分和綠色經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的新引擎。比如，美國(guó)已發(fā)布國(guó)家清潔氫能戰(zhàn)略路線圖，加速清潔氫的生產(chǎn)、加工、交付、儲(chǔ)存和使用；德國(guó)發(fā)布新版《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，計(jì)劃于2027或2028年前改造和新建超過1800千米的氫氣管道，2030年將德國(guó)電解氫能力提高一倍。

在我國(guó)，2022年國(guó)家發(fā)展和改革委正式發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》并指出，到2050年，氫氣需求量將接近6000萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國(guó)終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬(wàn)億元。

然而，受氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)及使用的成本居高不下，基礎(chǔ)設(shè)施配套不足，產(chǎn)需脫節(jié)等多重因素影響，火熱的賽道背后，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瓶頸不容小覷。

（圖片來源：攝圖網(wǎng)）

在制氫環(huán)節(jié)，目前主流的制氫手段以化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)制氫為主，技術(shù)成熟，且成本相對(duì)較低，但存在著碳排放的問題；水電解制氫可實(shí)現(xiàn)無碳排放且制取的氫氣純度高，但卻面臨耗電量大、投入資金高等難題。在氫儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，安全性和效率制約著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。氫能從業(yè)者們亟需通過新材料新技術(shù)的推廣應(yīng)用，為氫能產(chǎn)業(yè)提速。

目前，氫能可分為綠氫、藍(lán)氫和灰氫。綠氫是通過使用可再生能源制備的氫氣，生產(chǎn)過程中基本沒有碳排放，因此這種類型的氫氣也被稱為“零碳?xì)錃狻?；灰氫是通過化石燃料（煤炭、石油、天然氣等）燃燒產(chǎn)生的氫氣，生產(chǎn)成本較低，碳排放量最高；藍(lán)氫是在灰氫的基礎(chǔ)上，應(yīng)用碳捕集、利用與封存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低碳制氫。

從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)來看，目前化石能源制備的灰氫占比較高，2021年全球灰氫占比達(dá)到99%，藍(lán)氫及綠氫占比均未達(dá)到1%，綠氫全球占比僅為0.04%。推動(dòng)化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫向電解水制氫（綠氫）轉(zhuǎn)變是必然趨勢(shì)。

對(duì)于綠氫制備來說，突破核心技術(shù)是重中之重。當(dāng)前，綠氫制備技術(shù)在關(guān)鍵材料、制氫成本方面還存在著短板。

綠氫制備技術(shù)包括堿性水電解技術(shù)（AEL）、質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)(PEM)、陰離子交換膜電解水技術(shù)（AEM）等制氫技術(shù)。

其中，AEL最為成熟、應(yīng)用較為普遍，在中國(guó)乃至全球都居于電解水制氫的主導(dǎo)地位。AEL的原理是在高濃度堿性溶液中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣和氧氣。為了確保分隔開反應(yīng)產(chǎn)物，AEL在電解槽的陽(yáng)極與陰極之間需設(shè)置一層多孔結(jié)構(gòu)的隔膜，因而限制了設(shè)備在受壓條件下的操作。和AEL相比，PEM具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但由于PEM電解槽需要在強(qiáng)酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運(yùn)行，因此設(shè)備對(duì)于價(jià)格昂貴的金屬材料（如銥、鉑、鈦等）更為依賴，成本高昂。目前，全球市場(chǎng)電解水制氫基本被AEL和PEM瓜分，兩者占比分別約為80%和20%。

AEM相對(duì)來說是一項(xiàng)較新的技術(shù)。AEM電解槽的結(jié)構(gòu)與PEM相似：使用可以傳導(dǎo)氫氧根離子（OH-）的固體聚合物陰離子交換膜作為電解質(zhì)，兩個(gè)電極分別位于膜兩側(cè)，其上涂敷催化劑，電解液可以是純水或者弱堿性溶液。與PEM不同的是，AEM的電解槽可以依靠鎳基等非貴金屬催化劑，從而有效減少材料成本。而與AEL相比，AEM設(shè)備體積更小、電流密度更高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、能更好地適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性。因此，AEM兼具了堿性低成本和純水高效率的雙重優(yōu)勢(shì)，是目前較為前沿的電解水技術(shù)之一，也是未來綠氫大規(guī)模應(yīng)用的首選技術(shù)之一。

然而，AEM至今尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，究其原因，其最大的發(fā)展瓶頸在于關(guān)鍵材料的研發(fā)，特別是陰離子交換膜。

陰離子交換膜是AEM電解槽的核心部件，膜的性能直接影響了AEM電解槽的穩(wěn)定性、壽命、運(yùn)行效率以及生產(chǎn)成本等。目前，AEM膜研發(fā)的痛點(diǎn)包括耐化學(xué)性、氫氧根離子傳導(dǎo)率低，電流密度低、化學(xué)穩(wěn)定性差、無法兼顧性能和使用壽命等。全球范圍內(nèi)只有少數(shù)企業(yè)和高校在研究開發(fā)AEM膜，特種化工企業(yè)贏創(chuàng)就是其中之一。該公司正在開發(fā)一種名為DURAION^?的陰離子交換膜，可實(shí)現(xiàn)膜電解工藝的質(zhì)量三角，即在化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械完整性和離子導(dǎo)電性上實(shí)現(xiàn)平衡。在此基礎(chǔ)上，贏創(chuàng)還在聯(lián)合行業(yè)內(nèi)的其他公司，包括科研機(jī)構(gòu)、電解槽開發(fā)商、能源公司等，合作推進(jìn)整套電解系統(tǒng)的開發(fā)。目前，贏創(chuàng)與合作伙伴已對(duì)DURAION^?離子交換膜進(jìn)行了數(shù)千小時(shí)的運(yùn)行測(cè)試，DURAION^?表現(xiàn)出了卓越的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，這為大規(guī)模部署并采用突破性AEM工藝鋪平了道路。

贏創(chuàng)DURAION^?離子交換膜（圖片來源：贏創(chuàng)）

未來，隨著相關(guān)材料不斷革新，綠氫的制備成本有望持續(xù)降低，繼而隨著規(guī)?；奶嵘?，最終實(shí)現(xiàn)普及。

目前，氫能的資源側(cè)與市場(chǎng)側(cè)極度不平衡，需要大規(guī)模的儲(chǔ)運(yùn)調(diào)配。氫儲(chǔ)運(yùn)成本在整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的占比約為30%-40%，影響著氫能的降本空間和規(guī)?；l(fā)展。

氫氣單位質(zhì)量的能量密度極高，單位體積的能量密度又很低，且易燃、易爆、易泄漏，這為氫的儲(chǔ)運(yùn)帶來了諸多挑戰(zhàn)。

在儲(chǔ)氫方面，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是發(fā)展最成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)之一，具有成本較低、能耗低、易脫氫、工作條件較寬等特點(diǎn)。目前，高壓儲(chǔ)氫容器主要分為純鋼制金屬瓶（I型），鋼制內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞瓶（II型），鋁內(nèi)膽纖維全纏繞瓶（III型）及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（IV型）4個(gè)類型。后三種采用復(fù)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(zhì)量最輕，適合于車載，是未來車用儲(chǔ)氫體系發(fā)展的主流技術(shù)路線。

（圖片來源：攝圖網(wǎng)）

內(nèi)膽是這種儲(chǔ)氫瓶的核心部件之一，需要具備耐氫氣滲透性和耐熱性、良好的高低溫力學(xué)性能、良好的工藝性等特性。高性能纖維復(fù)合材料是氣瓶外殼的重要增強(qiáng)體，需要高性能固化劑提供核心材料性能。贏創(chuàng)用于環(huán)氧體系胺類固化劑VESTAMIN^?和Ancamine^?能與纖維快速浸潤(rùn)，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐久性以及高成型效率，可以滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)于高壓儲(chǔ)氫容器嚴(yán)苛的性能要求。