글로벌 수소에너지 군비 경쟁 속 수소 생산 및 분리막 개발 동향

원제: "수소 "막" 방법"

글로벌 수소 에너지 군비 경쟁이 시작되었습니다.

풍력, 태양광 등 재생에너지원의 급속한 개발과 소비 수요, 지역 갈등으로 인한 신에너지 안보 요구로 인해 수소에너지는 세계 각국이 주목하는 에너지 운반체로 자리 잡았습니다.

이 기사에서는 수소 생산의 핵심 장비인 전해조의 구체적인 기술 경로를 직접 살펴보고, 가장 중요한 핵심 구성 요소 중 하나인 분리막과 그 개발 동향에 더 중점을 둘 것입니다.

Chen Menlei丨저자

Li Tuo丨편집자

1. 전해수소 생산을 위한 4가지 경로

현재 수소 생산 경로는 크게 산업부생수소와 화석연료 3가지로 나눌 수 있습니다. 연료 생산 수소, 물을 전기 분해하여 수소를 생산합니다.

산업부산물수소는 다른 산업생산과정에서 생산되는 부산물인 수소를 말합니다. 그러나 이러한 방식으로 얻은 수소는 에너지 운반체로서의 발전을 뒷받침할 수 없으며, 그 생산 능력은 완전히 통제할 수 없으며 진정한 산업화를 달성할 수 없습니다.

화석연료를 이용한 수소 생산은 석탄이나 천연가스를 원료로 사용하여 수소를 생산하는 공정이며 비용이 저렴합니다. 이 방법은 탄소 배출을 수반하고, 탄소 중립 목표를 달성하지 못하며, 수소에너지 산업을 지원하는 생산 공정으로 사용할 수 없습니다.

탄소 포집 및 회수 기술을 보완하면 배출가스 제로로 생산되는 수소가 바로 블루수소입니다. 이 모델의 문제점은 기업이 많은 추가 비용을 부담해야 하고 경제성도 부족하다는 점이다. 블루수소는 본질적으로 화석연료와 분리되지 않아 근본적인 문제는 없다. 배출량에 상당히 공격적인 독일조차 이 기준선을 "혼란스럽다"고 부르는 것은 당연합니다.

물을 전기분해하여 수소를 생산하는 것은 현재 수소 생산 구조에서 낮은 비중을 차지하고 있지만, 전 세계 에너지 산업에서 폭넓은 주목을 받고 있습니다. 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 원료는 쉽게 구할 수 있고 생산 과정에서 추가 탄소 배출이 발생하지 않습니다. 이는 이중 탄소 목표와 일치합니다. 수소 에너지는 풍력 및 태양광 발전 설비 용량의 급속한 성장이라는 현재 배경과 일치합니다. 매우 저렴한 전기는 수소 생산을 위한 에너지를 크게 줄여줍니다. 녹색 전기를 소비하는 비용과 능력도 재생 에너지 산업의 요구를 충족하며 에너지 전환 추세에 따라 이상적인 에너지 운반체입니다. 오늘날 전 세계 수소 생산 산업은 운송 분야 외에도 에너지 저장, 산업 생산(예: 철강) 및 기타 산업도 개발 계획에 포함되어 있으며 많은 국가에서 이에 상응하는 개발 목표를 설정하고 있습니다. 에너지산업의 발전방향.

데이터에 따르면 2022년 말까지 전 세계 수소 에너지 분야에 대한 직접 투자는 거의 미화 2,500억 달러에 달할 것이며, 국제수소에너지협의회는 이 총 투자가 2030년까지 미화 5,000억 달러로 증가할 것으로 예측합니다^[1] .

중국에서는 2022년 3월 국가에너지국이 공동으로 발표한 '수소에너지 산업 발전을 위한 중장기 계획(2021~2035)'에서 산업 발전 목표를 설정했습니다. 2023년 1월부터 2월까지 전해조를 활용한 그린수소 프로젝트 총 8건이 공개입찰됐고, 전체 전해조 입찰량은 763.5MW에 달해 전년 동기 대비 3배 가까이 증가해 국내 전해조 출하량을 넘어섰다. 2022년(거의 750MW)^[2]. 입찰 물량과 출하량을 완전히 비교할 수는 없지만, 연간 출하량 증가는 얼마나 빠른가의 문제일 뿐입니다.

생물학적 수소 생산, 광분해 수소 생산 및 기타 신흥 기술 루트와 같은 기타 재생 에너지 수소 생산은 아직 성숙도가 낮아 상용화와 거리가 멀기 때문에 논의되지 않습니다.

현재 전해수소 생산 기술에는 알칼리수 전기분해(AWE), 음이온교환막 전기분해(AEM), 양성자막 전기분해(PEM), 고체산화물 전기분해전지 등 4가지 주요 전해수소 생산 기술이 있습니다. SOEC)^[3][4][5]:

• 알칼리성 전해수소생산 : AWE 알칼리수용액이 전해질이고, 분리막으로는 PPS막(폴리페닐렌설파이드)이 주로 사용됩니다. 직류의 작용으로 물이 전기분해되어 수소와 산소를 생성합니다. 이는 현재 가장 성숙하고 상용화되었으며 널리 사용되는 수소 생산 기술이며 현재 수소 에너지 산업에서 선호되는 기술 경로이기도 합니다. 앞서 언급한 바와 같이 2023년 첫 2개월간 전해조 입찰 건수는 2022년 연간 출하량을 초과했으며 이들 전해조는 모두 알칼리성 전해조이다. AWE 기술의 장점은 비용 절감, 간단한 조작, 긴 장비 수명, 성숙한 기술, 단일 장비의 높은 생산 능력, 높은 국산화율 등입니다. 이 경로의 단점은 장비가 크고 더 넓은 부지가 필요하다는 것입니다. 반응 공정에는 알칼리성 용액이 포함되어 있기 때문에 절대 에너지 효율이 상당히 낮습니다. 장비. AWE의 가장 두드러진 단점은 일부 생산 링크의 특성으로 인해 장비 응답 속도가 느리고 신속하게 시작 및 중지할 수 없으며 수소 생산 속도 조정이 어렵고 변동성이 높은 전원에 적합하지 않다는 것입니다. 즉, 풍력, 태양광 등 재생에너지원과의 협력이 어렵다는 것이다.

• 음이온 교환막 전기분해 수소 생산: AEM은 AWE의 결함을 해결하기 위해 개발된 준비 공정입니다. 이 장비는 음이온 교환막을 분리막으로, 순수 또는 약알칼리성 용액을 전해질로 사용하여 OH^-를 음극에서 양극으로 이동시키는 장치입니다. 이 기술의 비용은 저렴하고 분리막은 기밀성, 안정성 및 저항이 낮습니다. 비귀금속 촉매와 협력하여 높은 전도성과 높은 전류 밀도를 달성할 수 있으며 AWE의 가스 교차 흐름 문제를 완화할 수 있습니다. . AWE 개선 계획 중 하나가 가능합니다. 단점은 이온 전도성이 낮고 고온 안정성이 좋지 않다는 점입니다. 효율적이고 안정적인 분리기와 적합한 고성능 촉매에 대한 추가 연구 및 개발이 필요합니다. AEM의 현재 기술 성숙도는 4개 경로 중 가장 낮으며, 아직 실험실 연구 및 개발 단계에 있습니다.

• 양성자막 전기분해 수소 생산: PEM은 알칼리 전해조의 분리막과 액체 전해질을 고분자 양성자 교환막으로 대체하여 순수를 직접 분해하여 AWE를 대체할 것으로 기대되는 차세대 수소 생산 기술로 평가받고 있습니다. 일부 국가에서는 예비 상용화가 이루어졌습니다. PEM의 장점은 작은 크기, 고효율, 높은 수소 생산 순도 및 빠른 응답 속도로, 재생 에너지의 큰 변동에 적응할 수 있으며 전력망 부하 조절에 참여하는 데 매우 적합합니다. PEM의 단점은 장비 수명이 평균이고 수질 요구 사항이 높아서 단일 장비의 생산 능력이 현재 핵심 양성자 경로보다 훨씬 적다는 것입니다. 멤브레인은 외국기업이 독점하고 있어 국산화율이 낮다는 리스크도 무시할 수 없다. PEM의 가장 두드러진 문제점은 촉매에 백금 등의 귀금속이 많이 사용된다는 점이다. 장비 비용도 AWE 루트에 비해 3~5배에 달할 수 있다. 비용 문제로 인해 일부 국가에서는 가능한 한 빨리 대규모 생산을 달성하기 위해 AWE 경로로 전환하게 되었습니다.

• 물의 고체 산화물 전기분해에 의한 수소 생산: SOEC는 고체 산화물을 전해질로 사용합니다. 섭씨 700~1000도의 고온 환경에서 소량의 수소가 혼합된 수증기가 음극에서 유입되어 전기분해됩니다. 양극에서 반응이 일어나 H ₂과 O^2-로 분해되고, O^2-는 전해질층을 거쳐 양극에 도달하고 양극에서 전자를 잃어 O₂를 생성합니다. SOEC는 전기분해 장치 설계 및 작동 조건 측면에서 기존 수소 생산 기술과 크게 차이가 나며, AWE 및 PEM에 비해 에너지 효율이 90% 이상에 달한다는 장점이 있습니다. 아직 상용화 여건은 마련되지 않은 상태다.

시장 측면에서 우리나라는 세계 최대의 수소 생산국이자 최대 규모의 전해조 장비 제조업체입니다. 물론 이 단계의 수소는 에너지 운반체로 존재하는 것이 아니라 정유, 암모니아 합성, 메탄올 합성, 제강 등에 널리 사용되는 산업 원료로 존재합니다.

국제에너지기구(International Energy Agency) 통계에 따르면 2021년 전 세계 수소 생산 능력은 약 9,400만 톤이 될 것이며, 국내 생산량은 약 3,300만 톤이 될 것입니다 ^[6][7]. 그러나 전 세계 수소 공급은 주로 화석 연료를 개량하여 생산되는데, 이는 다량의 탄소 배출을 발생시키고 깨끗하지 않습니다. 이는 이중 탄소 목표와 결합하면 수소가 연료로 간주되지 않더라도 물의 전기분해를 통한 수소 생산을 위한 대체 기회와 상용화 시나리오가 있으며 관점을 수소 에너지 산업에만 국한할 필요가 없음을 의미합니다. .

"중국 수소 에너지 및 연료 전지 산업 연간 블루북(2022)"에 따르면 2022년 전 세계 전해조 시장 출하량은 1GW에 도달하고 중국의 총 전해조 출하량은 800MW를 넘어 전년 대비 더 증가할 것으로 예상됩니다. 129% 이상이고 글로벌 점유율은 80%를 초과할 것입니다. 연간 출하량은 776MW로 절대적인 지배적 위치를 차지할 것입니다. 출하량 기준 상위 3개 수소 생산 장비 제조업체는 Cockerill Mediacom, CSSC Perry Hydrogen Energy 및 Longi입니다. 수소 에너지. 그중 LONGi Hydrogen Energy는 단 1년 만에 상위 5위에서 3위로 상승했습니다^[8][9].

2. 알칼리 전해조 : 성숙한 매력

AWE 전해조가 시장에서 선호되는 것은 이해하기 어렵지 않습니다. 성숙한 기술과 저렴한 비용은 항상 산업 생산의 가장 선호되는 특징이었습니다.

이미지 출처: 탄소 중립을 배경으로 한 첨단 수소 생산 원리 및 기술에 대한 연구 진행 ^[5]

100년 이상의 역사를 지닌 기술로서 AWE 경로의 현재 산업 성숙도 아직은 장비 최적화를 통한 원가절감의 여지가 있지만, 장비 비용이 여전히 높은 PEM 루트와 크게 다르지는 않을 것으로 보인다. 현재 알칼리 전해조의 핵심 원가 절감 논리는 원가 희석을 위한 스케일 효과를 추구하는 단계에 들어섰으며, 이는 장비가 점점 대형화되고 있으며, 단일 탱크 생산 능력이 1000Nm^³/h에 달하는 것이 대표적이다. CSSC Perry는 2022년 12월 모노머 수소 생산 능력이 2000Nm^³/h인 '빅맥'이 출시되었습니다^[10].

스케일 효과 외에도 AWE의 준비 기술에도 개선의 여지가 있습니다.

첫 번째는 핵심 구성 요소인 다이어프램의 업그레이드입니다. 현재 장비 제조업체는 기존 PPS 멤브레인에서 전반적인 성능이 더 나은 복합 분리막으로 전환하고 있습니다.

일부 복합 다이어프램은 AWE의 에너지 활용도를 높이는 데 중점을 둡니다. BloombergNEF 데이터에 따르면 일부 복합막은 에너지 효율을 4%까지 높일 수 있으며, 국내 멤브레인의 가격은 유럽의 약 30%에 불과하여 국내 장비의 가격 우위를 효과적으로 유지할 수 있습니다^[11].

다른 복합 다이어프램은 알칼리 전해조의 가스 교차 흐름 문제를 해결하려고 노력합니다. AWE의 수소 생산 과정에서는 가스 생산으로 인해 다이어프램 양쪽에 압력 불균형이 발생하며, 제대로 제어하지 않으면 수소가 다이어프램을 침투하여 산소와 혼합되므로 압력 관리가 수행되어야 합니다. 수소 생산 과정에서 배출됩니다. 실제로 알칼리 전해조가 변동하는 전원 공급 장치에 적응하기 어렵게 만드는 것은 바로 이러한 요구입니다. 일부 분리막 제조업체의 아이디어는 가스 차단성이 뛰어난 분리막을 생산하여 수소 누출을 물리적으로 해결함으로써 전해조에 변동하는 에너지원에 적응할 수 있는 능력을 부여하는 것입니다.

기본적으로 음이온교환막 전해조는 업그레이드된 분리기를 갖춘 AWE 경로를 따릅니다.

물의 알칼리 전기분해를 통한 고온 수소 생산도 가능한 업그레이드 방향입니다. 간단히 요약하자면, 고온, 고압 조건에서 작동하면 전해조의 작동 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 그러나 고온 및 고농도 전해질은 알칼리 부식 문제를 일으키고 장비의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 따라서 온도가 높을수록 부식 방지 재료가 더 많이 필요하므로 시스템 관리가 더 어려워집니다. 고온은 아직 실험실 단계입니다.

해수에서 수소를 생산하는 연구도 드물지 않습니다. 연안 및 해상 풍력 발전과 태양광 자원은 상대적으로 풍부하며 수자원은 재생 에너지를 이용한 현장 수소 생산에 이상적인 장소입니다. 현재 문제는 바닷물의 구성이 매우 복잡하고 그 안의 이온이 알칼리성 용액과 다양한 화학 반응을 겪게 되어 수소 생산 장비의 작동에 심각한 영향을 미친다는 것입니다. 해수를 정화해 수소를 생산하는 육상 모델은 반드시 추가 비용이 많이 드는 것은 아니지만, 해상의 상황은 전혀 다르다. 해상 플랫폼을 구축하는 데 드는 건설 비용은 매우 높으며, 담수화 장비를 추가로 설치하면 비용이 치솟게 되어 이미 열악한 경제성을 더욱 감소시킵니다. 바닷물을 직접 전기분해할 수 있는 장비를 개발하는 것도 연구진과 기업의 방향이다.

또 다른 아이디어는 제어 시스템을 최적화하고, 전력 공급 변동에 적응할 수 있는 모델을 구축하며, 수소 생산 장비를 업그레이드하지 않고도 운영 전략을 업그레이드하여 반복적인 시작과 정지를 피하고 안정적인 운영을 달성하는 것입니다.

더 간단하고 직접적인 것은 재생에너지를 에너지 저장장치에 연결하고, 발전단의 변동을 직접적으로 완화한 후, 수소 생산 라인에 연결하는 것입니다. 사업을 빠르게 추진할 수 있다는 장점이 있지만, 자연스럽게 수소 생산 비용이 늘어나게 된다는 단점이 있다.

위에 언급되거나 언급되지 않은 기술 업그레이드가 구현될 수 있다면 AWE 수소 생산은 대량의 매우 저렴한 에너지를 보유하고 경제성을 향상하며 수소 에너지 산업 진흥을 위한 견고한 기반을 마련할 수 있을 것으로 예상됩니다. 게다가 우리나라의 현재 알칼리 전해조 경로의 자율성과 기술 축적은 PEM 경로보다 훨씬 우수합니다. 해외 기업이 잘 못하는 기술 분야에서 억지로 경쟁하기보다는 강점이 있는 분야를 더 깊이 파고드는 것이 더 좋은데, 이는 매우 흔한 경쟁 아이디어이기도 합니다.

3. 양성자 교환막: 국산화 기회

PEM 수소 생산의 핵심 부품인 양성자 교환막의 상황은 더욱 복잡하다.

주요 양성자 교환막은 유기 불소 화학물질의 최종 제품으로, 특정 양성자 전달 기능을 가지고 있으며, 수소 생산 외에도 수소 연료 전지 및 동일하게 뜨거운 액체 흐름 배터리의 핵심 구성 요소이기도 합니다.

AWE 수소 생산과 비교하면 우리나라의 PEM 수소 생산 경로와 해외 선진 수준 사이에 일정한 격차가 있습니다. 현재 우리나라는 상대적으로 수입 의존도가 높아 국산화율이 낮아 병목 현상이 발생할 위험이 있다. 물론 그에 상응하는 현지화 기회도 더욱 풍부해졌습니다. 더욱 넓어진 적용 범위와 정책에 따른 수요 증가, 첨단 제품으로서의 높은 이윤폭과 함께 양성자막은 급속한 성장이 기대되는 시장이 될 것이라고 볼 수 있다.

이 기사에서는 수소 생산 장비를 주요 관점으로 다루므로 아래 추가 설명 없이 구체적으로 전해조용 양성자 교환막을 언급하는 것으로 가정합니다.

기본 원리에서 PEM 전해조의 전기화학 공정은 순수입니다. 물 입구 채널을 통해 들어가고 촉매층은 DC 전원 공급 장치와 촉매의 결합 작용에 따라 양극에서 산소와 수소 이온을 생성하고 수소 이온은 양성자 교환막을 통과하여 음극의 전자와 결합하여 수소 가스를 생성합니다. . PEM 전해조의 구조는 아래 그림과 같으며 주로 양극판, 다공성 확산층, 양성자 교환막, 음극 및 양극 촉매층^[5]으로 구성됩니다.

이미지 출처: 탄소 중립 맥락에서 첨단 수소 생산 원리 및 기술에 대한 연구 진행 상황 ^[5]

연료전지는 물을 전기분해하여 수소로 만드는 PEM 전해조의 역반응 장치입니다. 연료전지는 수소와 산소를 양극과 음극의 반응물질로 사용해 최종적으로 물과 전기를 생산한다.

이미지 출처: Energy Industry ^[12]

전해기와 연료전지는 모두 양성자막을 기반으로 작동하고 유사한 구조를 가지고 있지만 제품 요구 사항이 다르고 성능 지표가 일관되지 않으며 최종 제품의 재료 시스템도 매우 다릅니다. 다르다. 일반화할 수는 없다.

전해조의 전체적인 구조는 상대적으로 간단하지만 작업 조건이 더 가혹하여 수명과 내구성이 더 높은 재료가 필요하므로 배터리에 사용되는 것보다 전해조에 사용되는 멤브레인이 자동차의 요구에서 시작됩니다. 예를 들어 고어는 토요타, 현대, 혼다의 연료전지 자동차에 사용되는 초박막 양성자 멤브레인을 생산하기 위해 ePTFE(팽창형 폴리테트라플루오로에틸렌)를 보강재로 사용합니다 ^[13] .

이는 제품을 평가할 때 단순히 기업이 양성자막을 생산한다고 가정하기보다는 다양한 분야를 포괄할 수 있는 능력이 있다는 점을 고려하는 것도 필요하다는 것을 보여줍니다.

PEM 전해조의 장비 비용이 고가의 주요 원인이라는 점에 유의해야 합니다. 양성자 교환막도 전해조의 핵심 부품이지만, 전체 수소 생산 비용에서 차지하는 비중은 높지 않습니다(약 2.3%) 국내 화학화로 인한 비용절감 효과는 크지 않다. 현지화의 주요 의미는 비즈니스 기회뿐만 아니라 핵심 링크에서 외국의 억압을 피하는 것입니다.

이미지 출처: IRENA ^[14]

양성자 교환막 제품은 주로 불소 함유량으로 구분되며 과불소계 양성자 교환막, 부분 불소계 고분자 양성자 교환막, 비불소계 고분자로 나눌 수 있습니다 재료 양성자 교환막과 복합 양성자 교환막의 네 가지 범주가 있습니다. 그 중 퍼플루오로설폰산 양성자 교환막은 가장 성숙하고 종합적인 성능이 가장 뛰어나며 상업적으로 가장 널리 사용됩니다. PEM 전해조는 퍼플루오로술폰산 막을 사용합니다.

산업 사슬의 관점에서 볼 때, 양성자 교환막의 상류는 유기 불소 화학 산업의 모노머 재료이며, 가장 주류를 이루는 제품 직접 재료는 과불화술폰산 수지 재료로, 이는 테트라플루오로에틸렌까지 확장됩니다. 유기 불소 화학 산업, 퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 및 기타 단량체 재료에서 추적성은 형석, 불화수소, 냉매 ^[15]와 같은 원료로 추적될 수 있습니다.

현재 양성자 교환막의 제조 공정은 용융 필름 형성 방식(용융 압출 방식)과 용액 필름 형성 방식으로 나눌 수 있으며, 현재 상업적으로 널리 사용되고 있는 용액 필름 형성 방식이다. . 용액막 형성 방법은 다시 용액 캐스팅법, 용액 캐스팅법, 졸-겔법으로 나눌 수 있으며, 용액 캐스팅법이 주류를 이루고 있습니다^[15].

현재 다양한 분야의 양성자교환막 국산화율은 기술적인 한계로 인해 높지 않으며 따라잡는 단계에 있습니다.

글로벌 양성자교환막 생산능력은 기본적으로 외국이 독점하고 있습니다. 오랫동안 과불화 양성자교환막의 생산은 주로 미국, 일본 등 선진국에 집중되어 왔다. 주요 기업으로는 미국의 듀폰, 다우, 고어, 일본의 아사히글라스, 아사히카세이 등이 있다. 양성자막 분야에서는 DuPont의 제품이 가장 경쟁력이 있고 가장 강력한 기술 축적을 보유하고 있습니다. 연료전지막 전극은 Gore가 장악하고 있습니다. 국내에서는 동웨그룹이 업계 선두를 달리고 있으며, 거런신소재도 양성자막 제품을 양산하고 있다.

양성자막은 원료로 준비하기가 상대적으로 어렵습니다. 과불화술폰산 수지는 불소화학산업의 기술적 정점이라 할 수 있는 매우 복잡한 제조공정을 가진 물질로, 그 생산공정에는 수많은 가혹한 반응조건, 복잡한 공정, 폭발성 위험물이 수반됩니다. 화학적 안정성, 기계적 강도, 전기화학적 성능 및 다운스트림 요구 사항을 충족하는 기타 지표를 갖춘 멤브레인 재료를 생산하는 방법은 이미 기업에 대한 높은 표준을 설정했습니다. 양성자막 필름 형성 공정은 훨씬 더 어렵고 장비, 작업장 및 생산 라인 관리에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다. 또한 선점자 이점으로 인해 일본, 미국 및 기타 국가의 기업은 양성자막 분야에서 다수의 핵심 특허를 보유하고 있으며 자체 전문 시스템을 구축하고 전문 장벽을 우회하는 방법도 있습니다. 국내 기업이 직면한 문제.

국제적인 선진 수준을 따라잡기 위해서는 국내 산업의 인재, 기술 축적, 충분한 자본 지출이 필수적이며 동시에 선도적인 외국 기업도 국내 기업에 큰 압력을 가할 것입니다. 우리나라의 양성자 교환막 수소 생산 장비가 직면하는 어려움은 포토레지스트 업계의 어려움과 매우 유사합니다. 이는 특수 화학 분야에서 우리나라의 후발 열세에서 비롯됩니다. 이러한 단점을 보완하는 데는 시간이 걸릴 것입니다.

시장점유율로 보면, 연료전지 양성자교환막 국산화율을 보면 GGII 자료에 따르면 2020년 국내 막전극 양성자교환막 수요는 44,000m²로 그 중 국내 시장점유율이 양성자 교환막은 7.5%이며, 2021년에는 11.61%로 상승합니다^[17].

물 전기 분해를 통한 수소 생산을 위한 PEM 양성자 교환막 시장은 규모가 작으며, Chemours(구 미국 DuPont) Nafion™ 시리즈 막이 점유율을 차지하고 있습니다. 2021년 시장 점유율은 76%, 국내 양성자교환막 시장점유율은 21.45%이다. GGII 연구에 따르면 Dongyue Group의 자회사인 Dongyue Future Hydrogen Energy는 일부 고객에 대한 예비 적용 검증을 완료했으며 2021년에 현지화 대체를 시작할 예정이며 시장 점유율은 약 15% ^[17]입니다.

2021년 중국 시장의 플로우전지용 양성자교환막 국산화율은 약 23.15%이다. 주요 제조사는 케룬신소재, 동웨미래수소에너지이고, 나머지 국내 기업은 양성자교환이다. 플로우 배터리용 멤브레인은 모두 샘플 검증 단계입니다. 국내 시장은 여전히 ​​케무어스의 과불화술폰산 수지 분리막이 75%^[17]의 시장 점유율을 차지하고 있다.

마지막으로, 양성자 교환막이 강력한 성장 잠재력을 가지고 있다고 언급했지만 이는 아직 절대적인 시장 규모가 그리 크지 않으며 향후 성장에 대한 불확실성이 더 크다는 것을 의미합니다. .

이론적으로 수소에너지 자동차는 양성자 교환막을 가장 많이 사용하는 산업이어야 합니다. CITIC 증권에 따르면 2030년에 연료전지 차량 수가 100만 대에 도달하면 해당 양성자 교환막 시장 규모는 132억 위안^[15]에 이를 것입니다. 그러나 연료전지 자동차의 성장 전망은 여전히 ​​불투명하다는 점을 고려해야 한다. 적어도 현재는 상용차 분야에서 리튬 배터리 전기차에 비해 경쟁력이 훨씬 떨어진다. 이러한 애플리케이션은 주로 시연 목적으로 사용되며 전기 상용차에 결정적인 이점이 있어야 합니다.

PEM 전해조에 해당하는 양성자막 시장은 상대적으로 제한적입니다. 2025년까지 전해조 시장 규모는 350억 위안에 달할 것으로 이 계산에 따르면 비용 구조가 크게 변하지 않고 PEM 루트가 시장을 완전히 점유할 경우 해당 양성자막 시장은 약 17억5000만 위안이 될 것으로 예상된다. 실제로 상황은 이 숫자보다 훨씬 작을 수 있습니다^[18]. 또한, 산업 생산에서는 기술 발전에 크게 관심을 두지 않았으며, PEM이 결코 비용 수준에서 AWE 경로와 경쟁할 수 없다면 전체 수소 생산 산업 및 시장 점유율을 위한 최적의 경로가 아닐 것입니다. 작아질 것입니다.

전바나듐 흐름전지는 가장 인기 있는 흐름전지 기술 경로 중 하나로, 2022년 3월 발표된 '14차 5개년 계획' 신에너지 저장장치'로 주로 시장의 주목을 받고 있습니다. 개발 구현 계획'에는 수백 메가와트급 흐름 배터리 기술이 새로운 에너지 저장 핵심 기술 및 장비의 핵심 방향 중 하나로 포함됩니다[19]. 양성자 교환막 또는 이온 교환막(구체적인 명칭은 응용 분야에 따라 다름)은 전기 스택에서 서로 다른 원자가의 바나듐 이온을 차단하고 수소 이온을 통과시키는 데 사용됩니다. 2022년 10월말 현재 등록, 건설, 공사중, 낙찰, 입찰 등 전바나듐 레독스 흐름전지 프로젝트의 총 규모는 1.3GW/5.4GWh에 달한다. 이 중 착공, 입찰, 건설 중인 프로젝트의 총 수는 2.0GWh를 초과하며, 2023년에 점진적으로 시행될 예정입니다^[20].

그러나 현재 에너지 저장 경로는 많고 확실한 승자는 없으며 다양한 에너지 저장 시나리오에 해당하는 기술 선택도 다를 수 있습니다. 완전 바나듐 레독스 흐름 배터리의 상용화에는 여전히 큰 불확실성이 있습니다.

위의 적용 시나리오 외에도 양성자 교환막에는 잘 알려지지 않은 다운스트림인 염소-알칼리 산업도 있습니다. 보다 엄밀히 말하면 이러한 종류의 유기 불소막은 염소-알칼리 산업에서 이온막으로 널리 사용되어야 한다. 이온막 방식은 현재 우리나라를 포함한 염소알칼리 산업에서 가장 주류를 이루고 있는 생산 공정으로, 전력 소비가 적고, 액체 알칼리 농도가 높으며, 생산 자동화 수준이 높고, 환경 오염이 적은 장점이 있습니다. 가동률이 100%에 가깝습니다 ^[15] . 과불화이온교환막은 핵심소재로 과불화술폰산막, 과불화카르복실산막, 폴리테트라플루오로에틸렌 강화메쉬 등으로 구성되며, 수입에도 의존하고 있다. 염소알칼리는 매우 전형적인 고에너지 산업이기 때문에 생산 확대가 극히 어려운 표준적인 주식시장이고, 국내 대체가 완전히 실현되더라도 수요는 상대적으로 고정되어 있는 것으로 추정된다. 규모는 약 4억 5천만 개에 불과하며, 이는 이유 없이^[21].

4. 일상적인 냉각

글이 끝나면 우리는 여전히 정기적으로 찬물을 쏟아야 합니다.

수소 에너지는 물론 좋지만 매우 미성숙하기도 합니다. 현재 에너지 산업에는 몇 가지 응용 분야가 있지만 산업으로서의 수소는 그것이 나타내는 비전에 훨씬 미치지 못합니다.

수소 에너지의 미성숙으로 인한 제약은 수소 생산 과정에만 국한되지 않고, 저장 및 운송, 연료 보급, 특정 상용화, 지원 시설 건설 등 다른 분야에도 여러 가지 문제가 있습니다.

그러나 우리가 보는 것은 일부 기업, 투자 기관, 심지어 언론에서도 종종 연료전지에 많은 관심과 자본 지출을 쏟으면서도 산업의 체계적인 발전을 의도적으로 또는 의도하지 않게 무시한다는 것입니다. 이는 사실 이해하기 어렵지 않습니다. 결국 다른 링크에 비해 연료전지는 가장 단순하고 따라갈 흔적이 있습니다. 리튬 배터리를 느끼고 "투자"하려고 강을 건너는 사람들이 아마 적지 않을 것입니다. 다음 CATL 시대에."

그러나 전국적인 전력망과 성숙한 배터리 주재료 준비 과정 없이 어떻게 수소 에너지가 허공에서 CATL 수준의 선두 주자를 만들 수 있는지 상상하기 어렵습니다. 성숙한 산업체인과 체계적인 산업구조가 없는 상황에서 특정 고리를 장악하려는 시도는 비현실적이다. 더욱이, 현재 수소에너지 산업에 뛰어든 플레이어 중 얼마나 많은 사람들이 단순히 추세를 따르고, 뜨거운 주제에 대해 추측하고, 투자자를 설득하고, 심지어 사기를 치기 위해 수소에너지 산업의 낮은 기술 문턱에 진입하고 있는지에 대해 독자들은 스스로 판단해야 합니다. 투자자.

게다가 수소 에너지는 많은 유망 경로 중 하나일 뿐입니다. 청정도, 높은 발열량 등 일련의 장점을 갖고 있지만, 현재 글로벌 에너지 시장 변혁의 물결은 바다를 건너는 8대 불멸의 물결과 맞물려 미래 주류 기술 경로에 큰 불확실성이 존재한다. 에너지는 확실히 승리하여 미래 시장의 지배자가 될 것입니다. 파이 그림이 아무리 크더라도 적어도 현 단계에서는 그림일 뿐입니다.

수소에너지는 확실히 긍정적인 의미를 갖고 있지만, 산업 발전이 단번에 완료될 가능성은 낮습니다. 업계 참여자와 기획자들이 객관적인 발전 법칙을 보다 합리적으로 볼 수 있기를 바랍니다. 빠른 성공에 대한 열망과 근시안적인 태도는 종종 동의어이며, 성급한 접근 방식의 가장 가능성 있는 결과는 시장의 오래된 수법입니다.

참고자료:

• [1] 장루이: 수소 에너지 개발과 활용을 위한 글로벌 경쟁이 본격화되고 있습니다. 2023.03.22 중국석유뉴스센터http://news. .cnpc.com.cn / system / 2023/03/22/030096412.shtml

• [2] Yu Qi: 녹색 수소 전해조가 입찰 붐을 맞이하고 있습니다! 1~2월 출하량은 지난해 전체를 넘어섰고, 이들 상장사들은 관련 사업을 계획하고 있다. Hongmei, Shao Zhigang, Hou Ming, Yi Baolian, Duan Fangwei, & Yang Yingxuan (2021). 물 전기 분해를 통한 수소 생산 기술에 대한 연구 진행 및 개발 제안, 23 (2), 146-152.

[ 4] Li Jianlin, Li Guanghui, Liang Danxi, & Ma Suliang(2021). "이중 탄소 목표"에 따른 재생 에너지 수소 생산 기술에 대한 검토 및 전망, 6(5), 1-9. .
[5] ​​Chen Bin, Xie Heping, Liu Tao, Lan Cheng, Lin Kuiwu, & Zhang Yuan(2022) 탄소 중립 공학의 맥락에서 고급 수소 생산 원리 및 기술에 대한 연구 진행. Science and Technology, 54 (1), 106 -116.
[6] IEA: Global Hydrogen Review 2022. 2022.09
• https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2022

• [7] 중국경제망: 연간 생산량 3,300만톤! 2023.3.23 http://www.ce.cn/ cysc / ny / gdxw / 202203/23 / t20220323_37427521.shtml

• [8] LONGi 뉴스: 중국 2022년 전해조 출하량 순위 발표, LONGi Hydrogen Energy가 국내 3위권에 진입 [9] 화안증권: 바람을 타고, 전해조 기술로 수소 에너지 물결 촉발 2023.3.16

• [10] 황쩌롱, 조리메이, 푸이페이: 세계 최초의 물 전기분해 수소 생산 2000Nm3/h의 모노머 수소 생산 능력을 갖춘 장비가 성공적으로 출시되었습니다. 중국 과학 기술 네트워크

  http://stdaily.com/ index / kejixinwen / 202212 / c09b1995021f43219eb8d14dbd1063b9. shtml

• [11] Bloomberg News Energy Finance: 중국 전해조 제조업체: 자세히 살펴보기 2022.12.15
https://mp.weixin.qq.com/
• s/Cou1S64xdn8_qvQLkcMHag

  [12] 에너지 세계: 수소 연료 차량은 어떻게 작동하나요? 수소연료는 어떻게 저장되고 운반되나요?. 2019.1.22. http://www.nengyuanjie.net/

  기사/22964.html

• [13] Wannianfang(2022). 전해수소 생산용 막 전극. Progress in Chemical Engineering, 41 (12), 6385-6394.

• [14] IRENA: 녹색수소 비용 절감 2020.12. https://www.irena.org/publications/2020/Dec/Green-hydrogen-cost-reduction

• [15] CITIC 증권: 수소에너지와 연료전지│양성자 교환막 수백억 시장, 국내 대체가 시급하다 2022.4.16. (2021). 플라스틱 산업을 위한 양성자 교환막 연구 현황 및 전망.

[17] 신산업 싱크탱크: GGII: 양성자 교환막 국산화를 위한 대안 공간 탐색 2022.5.16.
• https:/ /mp.weixin.qq.com/

  s / QhRfTnNQ6OX6J0dNld5COw

• [18] 화신증권: 수소에너지 산업이 급성장하고 있으며, 물을 전기분해해 수소 생산량이 급증하고 있다.

  [19] 국가 국가발전개혁위원회, 국가에너지청: "'14차 5개년 계획' 중 신에너지저장장치 개발 시행계획.2022.03
https://www.ndrc.gov.cn/
• xxgk / zcfb / tz / 202203 / t20220321_1319772.html

• [20] Polaris 배터리 네트워크: 소규모 투명성에서 에너지 저장 스타트업까지: 바나듐 레독스 흐름 배터리 산업이 2023.3.16

  https:// news.bjx.com.cn/ html / 20230316/1295163.shtml

• [21] 인수합병 장학금 : 양성자 교환막 산업 체인 추적 : Dongyue Group VS Pan Asia Microtransmission VS Dongcai Technology, 제품은? 기술? 생산능력? . 2022.8.3

이 기사는 WeChat 공개 계정에서 가져온 것입니다: Guoke Hard Technology(ID: guokr233), 작성자: Chen Menlei

위 내용은 글로벌 수소에너지 군비 경쟁 속 수소 생산 및 분리막 개발 동향의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!