2022年，北京冬奧會的舉辦吸引了來自全球的目光。其中，近百年冬奧史上首支以綠氫為燃料的火炬在張家口賽區熊熊點燃，成為本屆冬奧會的一大亮點。氫氣，尤其是綠氫，也再次受到社會各界的關注。

氫氣，來源廣泛，熱值高，清潔無碳，可儲能、發電、發熱，靈活高效，應用場景豐富，被認為是推動傳統化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規模發展的理想能源載體，備受世界各國青睞。綠氫，則是指利用可再生能源電解水得到的氫氣，燃燒時只產生水。與以煤炭和天然氣為原料的灰氫和藍氫相比，從源頭上即實現低碳甚至零碳排放，具有綠色環保、生產靈活、純度高（通常在99.7%以上）以及副產高價值氧氣等特點，在全球能源轉型中扮演著重要角色。

在碳達峰碳中和的背景下，低碳環保的“綠氫”已然成為當下及未來制氫方式的主流選擇。其中，質子交換膜（PEM）電解水技術因其無污染、無腐蝕、擁有更高的質子傳導性，同時有更寬的負載范圍和更短的響應啟動時間，與可再生能源耦合方面等獨特優勢，成為適合未來能源結構的制氫技術。

電解水制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽陽極和陰極析出。目前市場上主要有堿性電解（AWE）和質子交換膜（PEM）電解兩種技術路線。

堿性（AWE）電解水制氫

在此過程中，反應發生在溶液（包含水和氫氧化鉀(KOH)液體電解質）中的兩個電極之間。當兩個電極獲得足夠的電壓時，陰極水分子吸收電子形成OH(氫氧根)離子和H?(氫)分子。氫氧根離子穿透KOH電解質到達陽極，并在此處結合并釋放出額外的電子來產生水和O?(氧氣)。具有微米級孔的隔膜可防止氫和氧混合。

雖然使用堿性膜的系統成本較低，但它們在可再生能源應用中易出現性能問題。堿性電解槽內隔膜上的氫氧化物支持對電流輸入響應緩慢，限制了電化學反應，導致電流密度低。隔膜的多孔結構允許氫和氧在低密度下擴散和混合，這限制了其工作安全范圍。堿性電解槽中使用的傳統電極往往具有表面積少、催化劑利用率低和相關的電壓損耗等問題。這些問題導致功率密度低，并且需要更大的系統來支撐電極。

質子交換膜（PEM）電解水制氫

在此過程中，PEM將質子從陽極傳導到陰極，同時為電極提供電子絕緣。在兩個電極之間施加電位差（電壓）時，水分子在陽極失去電子，生成氧氣和質子，質子穿過質子膜傳導流向陰極，在陰極與電子結合形成 H?。PEM僅允許帶正電的離子穿過，從而到達陰極。PEM具有良好化學穩定性、質子傳導性和氣體分離性。PEM作為固體電解質，能有效阻止氣體交叉滲透和電子傳遞，提高電解槽安全性。

相比于前者，質子交換膜水電解槽優勢頗多:

與堿性電解槽相比，PEM電解槽的體積較小，因為它能在更高的電流密度下運行。堿性水電解所需的占地面積可能是PEM水電解的十倍，這對空間有限的客戶來說，PEM水電解無疑是一個不錯的選擇。

PEM電解水技術創新制氫新路徑，擁有明顯的技術優勢，是一種清潔高效的制氫方式。同時，隨著技術的發展，該系統的成本也大大降低。隨著全球脫碳進程的加速，PEM電解水制氫將是大勢所趨。

PEM電解槽主要部件有質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中，作為水電解槽膜電極的核心部件，質子交換膜不僅傳導質子，隔離氫氣和氧氣，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。

Nafion?質子交換膜

憑借高質子傳導性、低氣體滲透性、高機械強度和穩定的化學耐久性等優點，科慕公司的Nafion?質子交換膜是目前市場應用廣泛的質子交換膜之一，其中尤以Nafion? 115和Nafion? 117系列質子交換膜應用享譽全球、備受認可。

作為質子交換膜發明者，科慕在質子交換膜領域耕耘已經近60年。自Nafion?膜發明以來，憑借其卓越的產品性能和耐用性，一直大量應用于氯堿工業，并在此后形成了種類豐富的Nafion?系列產品，很好地滿足了能源儲存、水電解、燃料電池、超高純度化學品生產以及為其他特殊應用領域提供領先的解決方案。

為了促進綠色氫能技術的發展，持續釋放氫能經濟潛力，滿足不斷增長的市場需求，科慕公司于今年1月宣布向其位于法國維萊圣保羅的工廠投資2億美元，以增加Nafion?離子交換材料的產能。這項投資是科慕在美國工廠的現有產能之上，對供應鏈體系的可靠性和生產能力的進一步提升。

隨著“雙碳”目標推動下清潔能源需求的增多，氫能和燃料電池將獲得越來越多的關注，質子交換膜的市場也將更加廣闊。未來，科慕將持續加大研發投入和創新力度，擴大Nafion?質子交換膜技術的影響力，支持和推動全球氫能經濟的技術進步和新品研發，加速全球脫碳進程。