大连化物所研发出以海水为原料制备氢气联产淡水新技术

图片来源中国科学院大连化学物理研究所

地球约70%的面积被海水覆盖，海水占地球总水量的97.5%。 电解制氢需要大量的水，因此可以说海洋是最大的“氢矿”。 向海洋取水已成为氢能未来发展的重要方向。

然而，与淡水相比，海水的成分非常复杂，至少含有约92种不同的化学元素，如钠、镁、钙、钾、氯等，以及大量的微生物和悬浮颗粒。 使用海水电解氢气会导致有害的腐蚀。 存在毒性毒性、催化剂失活、电解效率低、甚至析氯反应释放有毒氯气等诸多技术瓶颈和挑战。 过去几十年来，世界各国积极开展海水电解制氢领域的研究。 总体而言，以海水为原料制氢已形成两种不同的技术路线：海水直接制氢和间接制氢。

目前海上风电电解水电解制氢技术存在淡水资源短缺、海水成分复杂等问题。 迫切需要开发以海水为原料的绿色制氢新方法和新技术。

传统碱性水电解制氢的电能利用率一般为65%~80%。 未使用的电能转化为废热排放到环境中，造成能源的严重浪费。 本次工作中，项目组利用电解水产生的余热作为海水低温制取淡水的热源，建立了余热回收系统，并将其与低温海水淡化技术相结合。 与传统淡水电解制氢相比，省略了余热排出所需的换热装置和冷却介质，降低了设备成本和能耗。

在此基础上，团队基于自主研发的铠装触媒集成电极，开发了25千瓦海水制氢及淡水装置。 运行结果表明，以海水为原料，可以实现高效电解水制氢并联产淡水。 氢气生产能力可达3吨/年，氢气纯度≥99.999%。 产生的淡水在满足自身电解需要的基础上还可联产。 年产淡水6吨，淡水电导率≤20μs/cm，盐度≤0.04ppt。 同时，与传统淡水电解水制氢装置相比，碱性水电解水制氢系统的电力利用率可提高10%以上，证明了海水制氢新技术的可行性和先进性以及淡水生产，预计将在不久的将来使用。 陆上/海上海上风电大规模制氢提供具有核心竞争力的技术支撑。

该工作得到国家自然科学基金委、辽宁滨海实验室、中科院B类中试项目“功能纳米系统精密构建原理与测量”的资助。

近年来，随着全球可再生能源的快速发展，海上风电凭借风能资源丰富、稳定、不受地形限制等优势，得到快速发展。 利用海上风电制氢具有既解决电力消耗又可制备大规模绿色氢资源的优点，对实现“双碳”目标具有重要意义。

2022年11月，中国工程院院士谢和平团队及其指导的深圳大学、四川大学博士生团队在《》发表论文，提出从物理力学相结合的新思路和电化学，从而创造性地创造了无海水的环境。 海水淡化原位直接电解制氢新原理和新技术，解决了困扰海水电解制氢领域半个世纪的有害腐蚀性问题。

2023年以来，海水制氢逐渐进入人们的视野，我国在海水制氢技术和示范应用方面取得了重大进展——

事实上，海水制氢产业辐射能力强、带动力广泛。 在技​​术和装备方面处于能源行业前列。 在引领新一轮绿色能源转型的同时，还将横向和纵向联动，推动海水淡化和海上开发。 清洁能源、海上氢能新基建等产业发展将开辟新需求、新空间。 例如，按电解1吨水可得到111公斤氢气计算，海水淡化需求量可达225.23万吨。 按海水淡化成本每吨5元计算，到2025年，海水制氢将带动海水淡化项目产值约1126.13万元。

国际能源署预测，到2050年全球氢能年需求量将接近3亿吨，到2070年将达到5.2亿吨。在氢能需求规模巨大的推动下，加上技术和产业化不断突破，海水制氢产业即将爆发。