美国能源部下属氢能机构宣布： 将在2年内大幅降低PEM制氢电解槽成本

据报道，美国氢能与燃料电池技术办公室（HFTO）于今年6月宣布：计划在两年内将质子交换膜（PEM）制氢电解槽的成本降至目前的四分之一。

美国氢能与燃料电池技术办公室Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office (HFTO)，隶属于美国能源部，是负责氢能研究、开发和部署的办公室。其今年的预算为 3.01 亿美元，其目标是到 2026 年，PEM 电解槽的未安装资本成本达到 250 美元/千瓦，使用寿命为 80,000 小时，能源效率为 51kWh/kg。

HFTO 计划在 2029 年至 2036 年间进一步降低该技术的成本至 100 美元/千瓦，效率达到 46kWh/kg。根据 70 亿美元区域清洁氢中心计划的申请，目前 PEM 电解槽的平均安装成本约为 1900 美元/千瓦，而政府数据显示该设备的未安装资本成本为 1000 美元/千瓦。

HFTO称，其之前用于研发的资金已经从 21 世纪初到 2020 年将 PEM 制氢系统的资本成本削减了 90% 以上。预计该计划的成本削减中有一半以上将来自生产规模的扩大。该机构的目标是到 2026 年电解器生产能力达到 3GW 或以上。

同时，HFTO计划通过电堆和平衡设备技术的创新以及更大的系统集成优化将带来额外的成本节约——例如减少使用昂贵的铂族金属（PGM），而铂族金属是 PEM 电解槽的关键催化剂。虽然 PEM 技术目前每千瓦容量使用约 0.8 克 PGM，但 HFTO 的目标是到 2026 年将其削减至 0.1g/kW，并最终达到 0.03g/kW。然而，HFTO也指出，虽然减少铂族金属会降低供应链成本，但也可能导致电解器性能下降，这表明需要进行权衡。

与此同时，美国政府在降低固体氧化物电解器（SOE）成本方面更是雄心勃勃，目前其成本约为 2500 美元/千瓦。

到 2026 年，HFTO 的目标是将这些系统的成本降低至 500 美元/千瓦，到 2031 年将资本成本削减至 200 美元/千瓦。虽然该机构估计 SOE 电池组的当前使用寿命为 20,000 小时，但其目标是到 2026 年将其寿命翻一番，并最终实现 80,000 小时的电池组寿命。

HFTO 还在探索生产氢气的新技术，包括：

光电催化（PEC），利用太阳能通过光催化剂直接将水分解为氢和氧；

太阳能热化学制氢（STCH），基于太阳能驱动的金属氧化物和蒸汽的两步化学反应产生氢气；

发酵和微生物电解，其中氢气由生物体直接产生或通过使电流通过腐烂过程中产生的酸的技术产生氢气。

虽然所有这些技术仍处于实验室规模，但 HFTO 计划在未来几年资助进一步的研究和开发，目标是到 2031 年证明这三种技术都能以低于 2 美元/公斤的成本生产 H2。

燃料电池

HFTO 还计划在未来十年内大幅提高燃料电池的性能和成本，短期内优先考虑在中型和重型车辆上使用 PEM 燃料电池。与 PEM 电解槽一样，预计最大的成本降低将来自于扩大生产规模，该机构设定的目标是到 2030 年每年为重型车辆生产 20,000 个电池堆，以将成本从 170 美元/千瓦降至 80 美元/千瓦。

与此同时，固定式发电用燃料电池的成本为每千瓦 1200 至 2500 美元，效率为 40-60%。HFTO 计划到 2030 年将成本降至 1000 美元/千瓦，并将效率提高到 65%，同时确保产品寿命更接近目前的最高 80,000 小时。

HFTO 还计划到 2027 年开发或展示：
效率为 60% 的氢燃料电池电力系统（1-10 千瓦），用于备用电源应用，成本为 1000 美元/千瓦，耐用时间为 10,000 小时；

效率为 60% 的氢燃料电池发电系统（兆瓦级），用于分布式电力/储能应用，成本为 1000 美元/千瓦，耐用时间为 40,000 小时；

中型热电联产燃料电池发电系统（100 kW-3MW），使用沼气运行的成本为 1500 美元/kW，可实现 50% 以上的发电效率、90% 的热电联产效率和 80,000 小时的耐用性。

同样，HFTO还为“可逆燃料电池”设定了目标，即根据电流的流向，可以用作电解器或燃料电池的电池组，HFTO 认为这可能是一种很有前途的储能选择。然而，目前，双向效率仅为 37% 左右，平准化储能成本 (LCOS) 为 1.10 美元/千瓦时。HFTO的目标是到 2030 年，该技术的往返效率将达到 60%，LCOS 达到 0.10 美元/千瓦时。

来源：易普斯能源科技