東芝的技術(shù)將固體高分子型電極所需的稀有金屬銥的使用量減少到1/10，而且可保持制氫效率和耐久性。東麗將電解質(zhì)膜的材料由氟類改為碳?xì)漕悾岣咧茪湫剩?qiáng)度提高至4倍。松下則從堿水電解尋找出路……

日本企業(yè)在使用可再生能源制造“綠氫”的設(shè)備的低成本化方面取得了成果。東芝把使用水和電來制氫的“水電解設(shè)備”的核心零部件的昂貴稀有金屬使用量減少到了十分之一。東麗開發(fā)出可提高制氫效率的零部件，準(zhǔn)備迎接2020年代中期到來的普及期。

為了實(shí)現(xiàn)不排放二氧化碳的脫碳社會(huì)，氫的制造設(shè)備備受期待。氫與化石燃料不同，燃燒時(shí)不產(chǎn)生二氧化碳。綠氫是利用光伏電池和風(fēng)力發(fā)電等可再生能源電力對(duì)水進(jìn)行分解而得來的。

制造綠氫所需的水電解設(shè)備的核心零部件采用以兩個(gè)電極夾住電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)。東芝開發(fā)出了一種技術(shù)，將電解質(zhì)為固體的“固體高分子型”電極所需要的稀有金屬“銥”的使用量減少到十分之一，而且可保持制氫效率和耐久性。

銥的全球年產(chǎn)量只有約10噸，而需求預(yù)計(jì)會(huì)隨著水電解設(shè)備的普及而增加，銥的價(jià)格上漲到了黃金的2.5倍。

日本政府提出了到2030年把氫的供應(yīng)成本從目前的每立方米100日元降至30日元、2050年降至20日元（與化石燃料同等）的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在提高制氫效率的同時(shí)，降低設(shè)備成本。

東芝改進(jìn)了用水生成氫氣和氧氣時(shí)的催化劑氧化銥的電極加工技術(shù)。在催化劑的層與層之間留出微小縫隙，使催化劑的反應(yīng)更有效率，從而減少了銥的使用量。

設(shè)備制造成本容易被轉(zhuǎn)嫁到氫的銷售價(jià)格上，因此如果換成廉價(jià)的零部件，也會(huì)有助于降低氫的價(jià)格。東芝能源系統(tǒng)的氫能總工程師佐藤純一表示，“已經(jīng)建立了只要客戶要求就可以立即實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的體制”。

水電解設(shè)備將從2025年前后開始全面實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。原因在于，隨著世界各國(guó)引入更多的可再生能源，使用剩余電力來制氫的需求將會(huì)高漲。國(guó)際能源署（IEA）的統(tǒng)計(jì)顯示，截止到2022年，累計(jì)裝機(jī)量為1吉瓦左右，到2030年，預(yù)計(jì)將擴(kuò)大到約134吉瓦，相當(dāng)于目前日本發(fā)電設(shè)備容量的約40％。

東麗生產(chǎn)固體高分子型核心零部件，該公司的常務(wù)顧問出口雄吉充滿干勁地表示“不會(huì)錯(cuò)過今后崛起的市場(chǎng)”。東麗正在2015年收購(gòu)的從事制氫設(shè)備業(yè)務(wù)的德國(guó)子公司生產(chǎn)零部件。

為了應(yīng)對(duì)今后擴(kuò)大的需求，東麗自主開發(fā)了性能更高的電解質(zhì)膜。通過將電解質(zhì)膜的材料由原來的氟類改為碳?xì)漕悾岣吡酥茪湫剩?qiáng)度提高到了4倍。

如果能改善制造效率，制氫成本也會(huì)降低。電極使用銥，東麗與關(guān)注膜的高附加值的德國(guó)西門子能源等共同推進(jìn)驗(yàn)證膜的性能。將從2025年左右開始，把新開發(fā)的膜配備在產(chǎn)品上。

與從事固體高分子型部件的東芝和東麗不同，松下控股從“堿水電解”尋找出路。這是一種使用堿性水溶液作為電解質(zhì)的類型，不使用高價(jià)的金屬，易于降低成本。

松下控股將低價(jià)的鎳和鐵減小到納米尺寸制造催化劑，提高了制氫效率。今后，堿水型的制氫效率有可能超過固體高分子型。

為了能在2025年進(jìn)行實(shí)證，松下控股正與水電解設(shè)備廠商進(jìn)行洽談。松下控股材料應(yīng)用技術(shù)中心3部部長(zhǎng)可兒幸宗表示，“歐洲有實(shí)現(xiàn)氫社會(huì)的勢(shì)頭。希望與日本國(guó)內(nèi)外的水電解設(shè)備廠商洽談，以盡快普及開發(fā)的零部件”。

不過，堿水型還有需要解決的課題，即與可再生能源連接使用時(shí)耐用性遜色于固體高分子型。可兒幸宗認(rèn)為，“或許可以根據(jù)用途，與固體高分子型區(qū)分使用”。

效率更高的新一代制氫設(shè)備也在推進(jìn)開發(fā)。比如固體氧化物型（SOEC），不用液態(tài)水而用攝氏600~800度的高溫水蒸氣制備氫氣。

水在高溫下會(huì)更容易分解，效率比原來高1~2成。大型汽車部件企業(yè)電裝2023年初宣布開發(fā)固體氧化物型。在制氫的水電解設(shè)備全面普及之前，為了在世界上掌握主導(dǎo)權(quán)而進(jìn)行的開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)將持續(xù)。

歐洲廠商領(lǐng)先，日本需要培育國(guó)內(nèi)市場(chǎng)

日本政府4月提出了日本企業(yè)的設(shè)備和核心部件要達(dá)到2030年世界水電解引進(jìn)量的約1成（15吉瓦）的份額目標(biāo)。核心部件包括電解質(zhì)膜和催化劑。

日本國(guó)內(nèi)部分廠商的相關(guān)人員對(duì)這一目標(biāo)表示擔(dān)憂稱，“提出數(shù)字是不夠的，日本國(guó)內(nèi)缺乏使用氫氣的氛圍，這樣下去很難實(shí)現(xiàn)”。

大規(guī)模引進(jìn)設(shè)備的是風(fēng)能和太陽能普及、可再生能源發(fā)電成本低的歐洲等地。

在設(shè)備開發(fā)及商業(yè)化方面走在前列的也是歐洲廠商，比如固體高分子型設(shè)備廠商德國(guó)西門子能源、從事堿水電解的德國(guó)ThyssenKrupp Nucera等企業(yè)，致力于增強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備及裝置大型化。此外，以從事可再生能源的企業(yè)等為主，通過水電解制氫的大規(guī)模項(xiàng)目也在推進(jìn)。

另一方面，日本國(guó)內(nèi)在擴(kuò)大引進(jìn)可再生能源方面缺乏進(jìn)展，設(shè)備買家很少。多家日本廠商從事水電解設(shè)備開發(fā)，但國(guó)內(nèi)需求弱，影響相關(guān)產(chǎn)業(yè)的培育。

日本政府正在考慮制定相關(guān)制度，激活國(guó)內(nèi)引進(jìn)氫。有識(shí)之士會(huì)議正在討論補(bǔ)貼氫與現(xiàn)有化石燃料的單位熱量?jī)r(jià)格差、以減少氫銷售業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)制。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省表示，將參考?xì)W洲的制度，“在今后1~2年內(nèi)明確規(guī)劃”。

日本將在進(jìn)口氫的同時(shí)，探索在適宜可再生能源的地方制備綠氫。當(dāng)前正在山梨縣及北海道等地推進(jìn)綠氫制造計(jì)劃。這需要培育日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略。