
“今天是进入氢能行业最好的时候。”
2022年,在隔膜材料领域积累了丰富量产经验的何庆一,看到绿氢产业正处于爆发的前夜。他决定和同门师兄、中科院山西煤化所的李南文一起,投身于碱性电解水制氢电解槽中的新型膜材料研发,并创办了中科氢易。
“因为产业下游有比较迫切的需求,能够给到核心材料企业足够多的资源去验证。乾坤未定,我们有机会和下游产业方一起朝着理想的目标前进。”
自2023年初至今,中科氢易已完成四轮融资。包括近日完成的5000万元Pre A+轮融资,不仅获得由正泰集团设立、重塑能源作为创始股东参与的泰氢晨战略投资(高榕创投于2024年初领投泰氢晨Pre-A轮融资),也获得老股东国家电投、麟阁创投、阳光绿色氢能、高榕创投、镇海科创的继续加持。高榕创投2023年领投了中科氢易Pre-A轮。
随着绿氢趋势确定,制氢装备产业正快速发展。其中,电解水制氢不断占据主流地位,推动成熟度高、经济性优的碱性电解槽市场快速增长。
在碱性电解槽中,隔膜是门槛最高的核心部件,在电解槽中约占据20%的成本。上一代的隔膜产品是PPS膜,中科氢易的“膜法”产品是能够帮助提高制氢效率、降低制氢能耗且拥有高安全性和波动能源适应性的复合隔膜。一直以来,复合隔膜产品被海外厂商垄断,复合隔膜国产化是电解槽长期降本的关键。
凭借着在膜材料领域的技术积累和工程化经验,中科氢易已针对隔膜实际工程应用中的痛点,研发出比肩国际一流水准的复合隔膜产品。
更为重要的是,中科氢易已建立产线并实现了大幅宽复合隔膜的量产,成为国内外为数不多具备高品质交付、较高良率以及产能供应的复合隔膜供应商。
近期,我们与中科氢易CEO何庆一展开对话,回溯2年多的创业旅程,以及如何打破“量产魔咒”,和产业玩家一起乘着绿氢产业东风奋力搏击。
高榕:回到2年前创业开始时,当时国内绿氢产业处于怎样的发展阶段?您捕捉到了哪些信号,觉得必须入局?何庆一:随着我国双碳目标的推进,绿氢成为深度脱碳的核心路径。我们也看到政策端不断释放氢能产业的利好政策。就在近日,我国《能源法》印发(自2025年1月1日起施行),氢能纳入《能源法》,意味着氢能被正式纳入能源范畴。氢能除了直接替代传统化石能源,未来如果能够将氢能作为能源的中转介质——如把我国拥有丰富资源的太阳能和风能转化为甲醇、液氨等化工用品,或者储能后再发电,将会带来更大的市场。在早些时候,国内做制氢电解槽的下游企业不多,用户侧或使用场景对电解槽的能耗、波动能源适应性等几乎没有要求。近年来,越来越多的能源、化工企业进入这一领域,为了在竞争中占据好的身位,新玩家们希望在器件能力上有差异化提升,再加上电解槽使用场景从网电制氢拓展到离网制氢,原本的核心材料和供应链体系已经无法满足市场的需求。在这样的背景下,我们认为绿氢产业中的核心材料值得下场。
高榕:随着绿氢产业的发展,隔膜材料有多大的市场空间?何庆一:结合双碳目标,我们根据2022年到2030年碳减排量测算对绿氢的需求,进而反推对电解槽和隔膜的需求。经测算,预计2030年全球对复合隔膜的需求近百亿。当然今天绿氢产业下游的经济逻辑还没有走通。相信经过未来2-3年的验证,以及后端氢的消纳已经有明显增长或者有大型制氢示范项目跑出来,增长应该是指数级的。此外,除了直接替代传统化石能源,氢能未来如果有机会变成储能的一环,实现跨季节乃至跨年度储能,将进一步激发需求。回归电解槽行业本身,行业升级也持续孕育对隔膜材料的新需求。今年国内有企业开始布局方形电解槽,为隔膜材料带来了更大的想象空间。
高榕:在与产业方的互动中,他们的核心诉求是什么?未来中科氢易与产业方有哪些深度协同的可能性?何庆一:这个问题其实很简单,绿氢行业目前最核心的痛点就是要解决制氢成本问题,真正让制氢完成商业化的闭环、获得市场经济效益。制氢不像很多人想得那么简单,它需要产业链上各个环节的紧密配合。产业方对正向单位经济模型的追求越明确,对新技术、新材料的导入热情就越高。以泰氢晨为例,我们2023年7月开始与泰氢晨接触,可以说见证了我们从中试到量产的每一个阶段。未来,我们将与泰氢晨紧密合作,配合泰氢晨验证复合隔膜在碱性电解槽中的常规性能和耐久性,也让新材料在制氢端得到好的应用,真正帮助降低成本。
高榕:一个碱性电解槽是如何工作的?制氢装备中,为什么说隔膜对比其他材料门槛最高?何庆一:想象一台碱性电解槽,电解槽内装填电解质,隔膜将槽体分为阴、阳两室。在70~90℃的温度下通电反应,阴极和阳极分别产生氧气和氢气。隔膜主要起到两个作用,一是阻隔氢气和氧气,保证电解槽安全运行;二是提供氢氧根离子(OH⁻)的传输孔道。复合隔膜在一个碱性电解槽中约占到成本的20%;电解槽的核心材料——隔膜加上电极,合起来甚至可以占到总成本的一半以上。
碱性电解槽构成示意图
(来源:《中国电解水制氢产业蓝皮书2022》)
制氢隔膜之所以门槛比较高,原因在于对膜的稳定性、均一性、耐久、大面积制备要求非常高。任何工艺上的瑕疵,都可能带来设备的安全隐患。更进一步看,隔膜一直以来都是精细化的产业。中国很多领域的隔膜处于高端相对缺失的状态,背后的原因主要是材料的基础研究和工程工艺比较割裂。我们在膜的量产过程中,除了要对材料性能有深刻的了解,必须对工艺、参数等有严格的控制。
高榕:中科氢易的复合隔膜产品有哪些优势?有望为国内制氢装备带来哪些升级?何庆一:相比PPS膜,微孔复合隔膜拥有内阻小、能耗低、气体隔绝性好等优势。经过近2年时间的研发和探索,中科氢易已经推出第三代复合隔膜产品EHYDRO™PCM500+,不仅在亲水性、气体阻隔性等宏观性能表现方面优势明显,也通过对膜微观结构的精细化控制,实现隔膜保湿性和耐压性能的提升。从成本角度,我们认为复合隔膜的价格未来有望降到进口PPS布的水平。因为从原材料的角度来看,使用的都是大宗的化工原材料,成本本身是相差无几的;最关键的是工艺良率不同。未来随着良率的提高和生产效率的提升,成本有望进一步下降。
高榕:当前隔膜处于技术切换、国产化替代的早期阶段,留给创业公司站稳脚跟的时间窗口有多久?何庆一:我们认为,今天是进入氢能行业最好的时候。因为产业下游有比较迫切的需求,能够给到核心材料企业足够多的资源去验证,可以和下游客户相互促进、一同提高。等行业的标准形成之后再去做验证,成本就变得很高。今天复合隔膜在一个千标方的电解槽中做验证,假设运行3-6个月,所需的电力成本就要上千万。此外,随着离网制氢、制氢加储能等后端场景不断变化,客户对膜的需求也会一直变化。春江水暖鸭先知,必须第一时间捕捉变化,才有客户配合你做验证。一旦占据先发优势,就拥有一定的进入壁垒。对于行业客户来说,电解槽作为一种生产工具,生命周期需要达到5年甚至10年以上,过程中替换核心原材料的成本和风险还是比较高的。
高榕:除了膜产品,中科氢易也为客户提供电极产品,原因何在?何庆一:中科氢易推出的EHYDRO™Coral系列非贵金属镍基电极产品在降能耗、静动态稳定性方面,同样表现出明显优势。之所以为客户提供复合膜+电极的材料技术解决方案,是因为想要充分发挥复合隔膜的性能,需要电极的密切配合。经过验证,我们打包的解决方案,可以提高制氢纯度,有效降低电解槽系统能耗,同时槽体与可再生能源的匹配性显著提高。
高榕:今年是中科氢易产品量产交付的第一年,目前中科氢易的产线布局如何?何庆一:截至目前,中科氢易已经建立起了大幅宽复合隔膜生产线,此外还有三条电极产线,以及一条离子膜准量产线。经过过去几个月连续的试生产,团队把产线上各个器件的配合、参数做了优化。当然还有一定的提升空间,包括生产效率、节奏、良率等等。
高榕:送样之后,客户的实际反馈和满意度如何,对中科氢易的产品有怎样的评价?何庆一:从去年开始,中科氢易的复合隔膜产品先从小标方电解槽开始做验证,客户对于膜的性能表现比较满意。今年开始在大标方的电解槽上去验证,包括方形槽和高中压圆形槽。目前已经开机稳定运行了一段时间,客户反馈比较满意,认为中科氢易是国内为数不多具有稳定交付能力的膜材料供应商。至此,可以说我们已经打破了复合隔膜产品从中试到量产的“魔咒”,接下来则需要更长的时间对大幅宽隔膜产品的寿命、稳定性和可靠性做验证。除此之外,我们也在结合客户需求打造相应产品。例如用于高压槽的膜产品,以及未来供应海外方形槽的更薄、内阻更低的复合隔膜。
高榕:量产是一个需要不断根据客户反馈、实际数据来改进的复杂过程。中科氢易有哪些经验和教训?何庆一:魔鬼在细节。只有通过不断的送样,收集客户的反馈与数据,建立完整的数据链,以及真正泡在工厂里,才能精准地发现问题、做出优化。目前我们基本可以做到客户有问题,当天就能反馈。除了关注材料本身,中科氢易也在模拟制氢产业链下游的应用场景,自己去做推演和测试,并在和客户的沟通过程中不断优化。这种对自我的严苛要求,是产业方最希望看到的。这样的模拟,让我们更有全局思维。例如我们一开始对于不同客户电解槽的细小差异重视度不够,导致测试下来阻气不够好;后面发现每家电解槽边缘密封的设计都不太一样,因此对复合膜有一些更具体的要求。
高榕:中科氢易也在超前布局第四代固态电解质膜产品/阴离子交换膜,中长期看来有何意义?何庆一:我们认为,电解槽从液态电解质向固态电解质发展是大势所趋。中科氢易从创立开始,就制定了从微孔复合隔膜,到离子溶剂膜和阴离子交换膜这类固态电解质隔膜的发展路径,实现技术储备上的中长期兼顾。李南文研究员在阴离子交换膜方面是国内领先的学者,基于他的技术,我们在2023年实现了阴离子交换膜(AEM)产品的基本定型。要知道,阴离子交换膜除了要看其碱稳定性,还要关注氧化稳定性。因为只要产生氧气,就会对高分子带来疲劳加速。那么如何提高阴离子交换膜的氧化稳定性?我们通过提高膜的分子量,让分子更紧密、溶胀更低、耐氧化性更好,从而让膜和器件的寿命更长。今年市场对AEM的需求增加,我们也将提前布局。
高榕:未来1年,公司制定了哪些里程碑目标?何庆一:首先,希望2025年完成复合隔膜规模化交付;第二,公司拓展海外市场,在美国和欧盟有所突破;第三,阴离子交换膜领域实现突破,产线可以实际运作起来。
“选择、聚焦、击穿”,何庆一把这句话作为自己的微信签名。“这是PMP项目经理必备的一种工作方法。选择看准的赛道,聚焦资源,即便面对质疑也不遗余力。”作为上游材料供应商,中科氢易的韧性、可靠,以及执着,也让他们获得产业链主的认可,共同解锁绿氢规模化发展之旅。
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