Gefran公司的传感器和编码器在开发利用H₂作为未来能源方面发挥着决定性作用。作为欧洲实现气候中和目标的关键要素，绿色氢能的生产离不开双极板这一核心组件。Gefran不仅为双极板制造提供专业的传感器和调节解决方案，更以“H₂ero 4 Zero”的创新理念，将氢气定位为实现无碳能源供应的真正“英雄”。

堪称自然界最神奇的能源载体——H₂，作为宇宙中含量最丰富的元素，其质量能量密度高达120 MJ/kg，是汽油的3倍多。目前H₂已被广泛应用于航天推进剂、化工原料和燃料电池汽车等多个领域。然而一个不容忽视的事实是：全球每年生产的1.2亿吨H₂中，约95%仍通过化石燃料制取，其中蒸汽重整法占比高达48%。这种传统工艺虽然每千克氢气生产成本仅1.5～2.5美元，但每生产1 t H₂就会排放10 t CO₂，与低碳发展目标背道而驰。

图1  Gefran的传感器和编码器对于开发利用H₂作为未来能源发挥着决定性作用

绿色氢能：脱碳转型的关键路径

为建立真正的零碳氢能体系，基于可再生能源的电解水制氢技术成为必由之路。目前主流技术路线包括：

●  碱性电解槽(AEL)：成熟稳定但效率较低(62%～82%)；

●  质子交换膜电解槽(PEM)：响应快、效率高(67%～82%)但成本昂贵；

●  阴离子交换膜电解槽(AEM)：新兴技术，兼具成本与效率优势；

●  固体氧化物电解槽(SOEC)：高温运行效率可达90%但材料要求苛刻

Gefran德国公司总经理Torsten Fuchs指出：“将绿色氢能生产从实验室规模扩大到千兆瓦级面临三大挑战：设备大型化、系统集成优化和成本控制。其中传感器和调节技术对实现工艺精确控制具有决定性作用。”作为工业自动化领域的专家，Gefran不仅提供标准控制组件，更针对氢能产业链开发了专用解决方案。

双极板：氢能系统的“心脏”组件

在技术层面，双极板堪称氢能系统的核心“器官”。以质子交换膜燃料电池为例，单片电池输出电压仅0.6～0.7 V，必须通过数百片电池串联形成电堆才能满足应用需求。双极板在此承担着多重关键功能：

●  物理支撑：维持电堆结构稳定；

●  气体分配：通过精密流道均匀分配反应气体；

●  电流传导：实现电池间串联；

●  热管理：通过冷却通道维持工作温度；

●  水管理：及时排出反应生成水；

现代双极板制造工艺已发展出两大技术路线：金属双极板采用0.05～0.1 mm厚的不锈钢或钛箔，通过精密冲压、激光焊接和表面改性工艺制成，具有导电导热性好、体积功率密度高的特点；复合材料双极板则以石墨/聚合物混合物为基材，通过注塑或压缩成型，具有耐腐蚀、成本低的优势。

Fuchs特别强调：“双极板的流道深度公差需控制在±10 μm以内，平面度要求达到0.05 mm/m²。任何微小的几何偏差都会导致气体分布不均，使电堆性能下降30%以上。”为此，Gefran开发了专门的测量控制系统，确保制造过程万无一失。

图2 GRM-H系列功率控制器专为精密温控管理而研发，同时特别适合氢能应用的优化流程控制

精密制造的温度与压力控制方案

在双极板成型工艺中，温度控制精度直接影响产品良率。以不锈钢双极板为例，成型过程需要精确控制模具温度在200～300℃范围，温差不得超过±2℃。Gefran的GRx系列功率控制器采用先进的PID算法，配合1000 Hz的高速采样，可实现0.1℃的温度稳定性。其中GRP-H型半导体继电器支持120A大电流输出，并具备过温、过流等多重保护功能。

压力监测方面同样面临严苛要求：冲压成型时需要监控500-800吨的冲压力，层压复合板时需保持10～15 MPa的均匀压力。Gefran的L1系列高温压力变送器采用单晶硅传感器，在350℃环境下仍能保持0.25% FS的精度。其独创的无油膜设计彻底解决了传统传感器在高温下的介质泄漏问题。

特别值得一提的是KS-1型超快响应压力变送器，其1 ms的响应速度比常规产品快20倍，能够准确捕捉液压系统的压力波动。该产品采用全焊接不锈钢结构，通过IO-Link接口可实时传输压力和温度数据，为工艺优化提供可靠依据。

智能检测与精确定位技术

在电堆组装环节，Gefran的Twist三维测量系统展现了革命性创新。传统位移传感器只能检测单一维度位置变化，而Twist系统基于霍尔效应，可同步测量X/Y/Z三个方向的位移（±15 mm范围），同时还能检测±15°的倾斜角度和0.1 m/s2的振动加速度。这种全方位监测能力对于确保电堆的均匀压装至关重要。

系统采用专利的非接触式设计，避免了机械磨损问题，使用寿命超过1000万次。内置的温度补偿算法使其在-40～85℃环境下都能保持0.01 mm的重复精度。通过与PLC的实时数据交互，可即时调整装配参数，将电堆接触电阻降低15%以上。

绿色氢能发展的现状与前景

根据国际能源署（IEA）统计，2023年全球电解槽装机容量仅约700 MW，其中中国占比超过50%。德国政府制定的《国家氢能战略》提出到2030年建成10 GW电解槽产能的目标，但目前进展明显滞后。制约因素主要包括：

●  可再生能源电力成本：需降至0.03美元/kWh以下；

●  电解槽投资成本：需从当前1000美元/kW降至500美元/kW；

●  系统运行效率：需提升至75%以上；

●  基础设施配套：储运网络建设滞后。

Fuchs表示：“虽然面临挑战，但绿色氢能在钢铁、化工、重型交通等难减排领域具有不可替代的优势。我们预测到2030年，全球电解槽市场规模将突破300亿美元。”Gefran正在参与多个示范项目，包括：

●  在挪威建设的100 MW海上风电制氢平台；

●  德国Salzgitter钢铁厂的氢基直接还原铁项目；

●  荷兰鹿特丹港的氢能重型卡车加注网络。

这些项目充分验证了传感器和控制技术在氢能产业化中的关键价值。通过持续创新，Gefran致力于推动氢能成本在2030年前降低50%，加速实现“H₂ero 4 Zero”的零碳愿景。