12
2026
04
海油破局!首套兆瓦级PEM电解水制氢装置投运,“卡脖子”难题迎来中国方案!
氢能H2
氢能产业的核心技术壁垒,正在一块一块被中国企业攻克。2026年4月7日,中海油(山西)贵金属有限公司宣布,由中国海油自主研发的首套兆瓦级质子交换膜(PEM)电解水制氢装置在山西晋中成功投运。这标志着山西省首个兆瓦级PEM制氢示范项目成功落地,更关键的是,这套装置实现了从催化剂、膜电极、电解槽到制氢系统的全链条自主突破。
额定功率1兆瓦,制氢能力200标准立方米/小时,氢气纯度达99.999%,单位制氢能耗低至4.3 kWh/Nm³——这些数字背后,是一条被中国企业彻底打通的自主技术链条。
中国海油的三十年“催化剂”积淀
中国海油此次PEM制氢装置的突破,并非偶然。这家企业深耕铂族金属催化剂领域已有三十余年,积累了从贵金属提取、精炼到催化材料制备的完整技术能力。
在PEM电解水制氢体系中,最核心的“卡脖子”环节就是膜电极及其上的贵金属催化剂。PEM电解槽工作在强酸性和高电位环境下,阳极析氧反应对催化剂提出了极为苛刻的要求——目前工业体系主要依赖于铱基催化剂,而铱是地球上最稀有的金属之一,全球年产量仅数吨,价格长期居高不下。中国海油依托贵金属领域三十年的积累,一举实现了催化剂材料“从克到百克”的量产跨越。
更令人振奋的是技术参数的突破。该装置阳极铱载量降至0.8 mg/cm²,阴极铂载量降至0.3 mg/cm²,在保证高效能的同时极大降低了贵金属依赖。这是什么概念?此前行业内典型的铱载量在1.5至2 mg/cm²的水平,海油的方案将贵金属用量削减了近一半,这对降低电解槽成本的意义不言而喻。
在电耗方面,4.3 kWh/Nm³的单位制氢能耗处于行业第一梯队,意味着每生产一标准立方米氢气仅需消耗4.3度电,能源转换效率达到了较高水平。团队已搭建起完善的膜电极制备与测试平台,成功贯通了“催化剂—膜电极—电解槽—系统集成”的全技术链条。
从“跟跑”到“并跑”,PEM制氢的中国之路
PEM电解水制氢技术因具备高电流密度、快速动态响应和紧凑系统结构,被认为是与风光等波动性可再生能源直接耦合的理想技术路径。但长期以来,核心材料——质子交换膜和催化剂几乎被少数海外企业垄断,国内企业基本处于“跟跑”状态。
近两年情况发生了明显变化。从技术研发角度看,国内科研机构在PEM催化剂领域取得了系列进展。2026年初,哈工大深圳校区陶有堃课题组在水电解制氢电催化领域取得突破;南京邮电大学韩云虎教授团队在质子交换膜电解水制氢技术上获得重要进展。这些基础研究为产业突破提供了源头支撑。从产业应用角度看,“三桶油”正在集体押注PEM制氢赛道。中国海油凭借贵金属催化剂的技术禀赋,走出了“从催化剂到系统”的垂直整合路线;中石化则依托化工场景优势发力PEM制氢示范;中石油也在加速相关技术布局。三大央企的集体入场,意味着PEM制氢从“要不要做”进入了“怎么做大”的新阶段。
行业专家预测,2026年国内PEM制氢设备将有更大程度的降本。一旦催化剂和膜电极等核心材料的成本降到关键阈值以下,PEM制氢有望在分布式制氢、加氢站站内制氢等场景迎来爆发式增长。
贵金属依赖难题:何时才能真正“脱铱”?
尽管中国海油取得了令人振奋的进展,但PEM制氢技术距离真正的“白菜价”还有一段路要走。最大的障碍仍然是贵金属催化剂的依赖。铱资源在全球范围内都极为稀缺,价格高昂,每盎司价格长期在数千美元波动。即便海油将铱载量压到0.8 mg/cm²,一座兆瓦级电解槽仍需消耗数十克铱,对于吉瓦级的大型项目而言,成本依然是制约因素。
科研界正在两条线上努力突破这一瓶颈。第一条线是“少铱”路线,继续降低铱用量,甚至做到“单原子”级别的极限利用。第二条线是“无铱”路线,寻找非贵金属替代方案。但截至目前,非贵金属催化剂在酸性环境下的稳定性仍是世界级难题,短期内很难全面替代铱基催化剂。
中国海油此次实现了催化剂材料从“克级”到“百克级”的量产跨越,迈出了关键一步。当量产规模从百克级走到千克级、吨级,成本还有进一步下降的空间。规模化加上技术进步,才是真正突破成本曲线的路径。
构建完整自主产业链
中国海油此次突破最值得关注的一点,不是某一项技术的指标有多先进,而是实现了“全链条自主”。
在氢能装备领域,“能做出来”和“能持续量产”之间存在巨大的鸿沟。催化剂、膜电极、电解槽、系统集成,四个环节环环相扣,任何一个环节依赖外部供应,都会成为产业链的瓶颈。海油此次依托自身三十年的贵金属材料技术积淀,加上在化工装备制造领域的工程能力,成功打通了这四个环节。
从更宏观的视角看,这是中国在氢能装备领域打造自主可控产业链的一个缩影。国家能源局在CIHC 2026中国氢能展上透露,“十四五”时期我国可再生能源制氢产能从2.3万吨/年提升至25万吨/年,电解槽等核心装备出口到30多个国家,氢能产业规模持续保持全球首位。当中国的电解槽开始走向世界,自主可控的技术根基就比什么都重要。
PEM制氢的市场空间:从分布式到规模化
PEM电解水制氢到底有多大的市场空间?这要从它的技术特性说起。
PEM电解槽的优势在于:一是动态响应快,能够快速跟踪风光发电的功率波动;二是体积紧凑,占地面积小;三是氢气纯度高,可直接用于燃料电池。这些特性决定了PEM制氢在加氢站站内制氢、分布式能源系统、小型风光储氢一体化等场景中具有天然优势。
在CIHC 2026中国氢能展上,大连融科储能正式发布了覆盖ALK、PEM、AEM三大主流技术路线的全系列电解槽产品,其中PEM系列覆盖50至200标准立方米/小时的范围。市场趋势也在印证这一判断:虽然ALK(碱性电解槽)在大标方场景下仍占据绝对优势,但在100标方以下的市场,PEM制氢系统已经开始展露优势,有企业甚至认为,中小标方市场PEM系统已经将ALK系统“挤了出去”。
当PEM电解槽成本持续下降,其应用场景还将进一步向中型和大型制氢领域延伸。氢能观察预测,2026年国内PEM制氢设备将有更大程度的降本,加上三部门氢能综合应用试点政策的落地,PEM制氢的市场窗口正在加速打开。
一场正在加速的“技术突围”
中国海油首套兆瓦级PEM电解水制氢装置的投运,不是终点,而是一个新起点。
它证明了,在PEM电解水制氢这条被寄予厚望的技术路线上,中国企业有能力完成从核心材料到系统集成的全链条自主突破。虽然贵金属依赖的问题仍未完全解决,虽然规模化量产的成本压力依然存在,但方向已经清晰——当催化剂用量持续降低、当量产规模持续扩大、当整个产业链持续协同创新,PEM制氢的成本曲线必将走出一个陡峭的下行轨迹。
中国氢能产业正在从“并跑”向“领跑”迈进,而PEM电解水制氢技术,正是这条道路上最关键的赛段之一。中国海油在山西晋中投运的这套兆瓦级装置,就是这个赛道上一个有力的脚印。
来源: 氢能H2
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