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万亿产业困在一张膜里出不来了
出品｜虎嗅科技组作者｜包校千编辑｜陈伊凡题图｜视觉中国“成了！终于成了！”在实验室“闭关”八个月之后，易建华难掩心中激动流下了泪。那段时间，他每天都在和配方打交道，在各种方案之间周旋。他一门心思解决的，是困扰氢能上游的“卡脖子”难题，即第三代制氢隔膜的研制。2008年大学毕业之后，易建华一直和重金属提纯回收打交道，靠着在深圳做氯化铜回收（PCB）的生意，过着小富即安的日子。直到2018年下半年，一位从业多年的电解槽老师傅登门，打破了他原本平静已久的生活，为之后创业埋下了伏笔。在中国，氢能未曾享受过风光电那般的优待，因长期被当作危险化学品而排挤在主流能源之外。这也是为什么，即便被予以厚望，氢能却始终走不出襁褓期。在创投圈，相当一部分人“谈氢色变”，甚至曾有大牌资方立场鲜明地表示“绝不投氢”。不过，眼下令业界最为瞩目的中国石化新疆库车绿氢示范项目，即将于6月30日正式投产。作为国内首个万吨级光伏绿氢示范项目，这座耗时一年半、年产两万吨的巨型工程，或翻开中国氢能发展史的全新篇章。2019年，氢能被首次写进政府工作报告不久，易建华抱着“试试，不行再说”的想法，谨慎地踏入这个并不熟悉的新领域。就连给公司命名“刻沃刻”，都是自己拍脑袋想的。令人惊喜但不意外的是，隐忍多年的氢能产业，终于在2020年12月被升格为国家战略。在中国“双碳”的宏大叙事之下，一系列的重磅政策为氢能产业保驾护航，各地政府遂加大力度推动项目落地。国际氢能委员会发布的报告显示，预计到2030年，全球氢能领域投资总额将达到5000亿美元。世界能源理事会预计，到2050年氢能在全球终端能源消费量中的占比可高达25%。在中国，《中国氢能产业发展报告2020》预计，到2050年，氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛使用，氢能产业链产值扩大，产业产值将超过10万亿元，全国将进入氢能社会。对于产业投资者来说，政策红利就像甜枣和蜜糖，为“钱往何处去”指明方向。产业链也因此做了一次X光扫视。核心部件和技术的空白，倒逼行业亟待开启一场新技术革命。集结号已经在上游制氢领域吹响。易建华怎么也想不到，自己的这家“小公司”竟然成了氢能破局的关键材料商。绿氢困在隔膜里碱性溶液电解水技术（AWE）是历史最悠久、最成熟的制氢工艺，源自于200年前的氯碱工业。当时，人们发现可以通过电解食盐水来制取氯气和烧碱，阴极的生成物则是氢氧化钠和氢气。氢气制取的全过程在一个密闭的圆柱形大铁槽里完成。现如今，有人想把电解槽越做越大，也有团队对结构进行了重新设计，比如方形或者模块化的电解槽。可无论如何，这些设备仍然离不开直流电源、电解槽箱体、阴极、阳极、电解液和隔膜这些关键构件。自20世纪60年代，荷兰的发明家用“隔膜法”替代含有剧毒的“水银法”以来，隔膜便作为电解槽的核心零部件，衍传至今。60多年过去，全球范围内的优质碱性隔膜，被欧洲材料科技巨头爱克发（Agfa）垄断。该公司生产的复合隔膜，凭借耐用性和持续的高生产率，受到了电解槽制造商和制氢项目所有者的青睐，牢牢占据了国外碱性隔膜95%以上的市场份额。弗劳恩霍夫研究所的一份报告指出，使用爱克发的ZIRFON H2复合隔膜，使AWE成为了有效的氢气生产技术。然而动辄上千至几千一平方米单价的进口爱克发隔膜，且不说价格有多贵，“产能和订单几乎全部被海外市场包圆了，”一位上游从业者告诉虎嗅，由于制氢过去在中国属于小众生意，爱克发没有在国内建立销售渠道，因此在亟待爆发的绿氢产业和传统制氢领域之间，当巨大的技术真空还没有被突破时，“一膜难求”的局面，困扰着产业链上的所有玩家。用易建华的话概括：今天，绿氢困在电解槽里，电解槽又困在了隔膜里。传统的制氢工艺，一直把石棉纤维作为碱性水电解隔膜的主要原料。其主要成分是水合硅酸镁，优点是亲水性能极佳，还能够抑止氢氧根离子的反向扩散，非常好地满足碱性水电解隔膜的性能要求。我国天然石棉矿储量丰富，开采难度简单，加工成本少，完全具备自主生产、自主供应的能力。但石棉的硬伤也很明显，其在高电流负荷下，会在碱性电解液中严重溶胀。这时，隔膜的力学强度就会下降，使用寿命会缩短，电流效率也明显衰退。而让石棉隔膜退出市场的真正原因，则是石棉本身为一级致癌物的缘故。截至2019年，包括中国在内的66个国家已全面禁止使用石棉以及相关的产品。取而代之的，是一种以聚苯硫醚（PPS）织物为基底的特种工程塑料。PPS的优势在于机械强度高、电性能优良，弊端则是亲水性太弱，将其作为隔膜会导致电解槽内阻过大、降低制氢效率。“但能够承受碱性浓度并且耐高温的材料本身就不多，所以只剩下这一种选择。”易建华如是说。阳光氢能董事长彭超才告诉虎嗅，隔膜在国内能选择的余地不大，因为电解槽厂商并不掌握隔膜的工艺，基本上都是首选日本东丽的PPS膜，目前的价格在每平米400元左右。2018年，PPS膜在没有得到技术验证的情况下匆忙上马，被行业诟病是“赶鸭子上架”。碱性制氢电解槽构造和制氢隔膜特性差异有投资人对虎嗅表示，2022年氢能需求集中爆发，很多非专业团队涌入了这个赛道，但因为使用的电解槽和隔膜材料不合格，制出的氢纯度不够，导致了不少“炸槽”事件发生。通微新能源创始人邵欣坦言，国产PPS膜和进口隔膜的质量相差较大，很难让电解槽能在正常工况下运行，“一些厂商为了图便宜，买到了产品质量不过关，造成了比较多的行业乱象。”氢气在氧气中的爆炸极限是4.1%-74...
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