技术突破！氢气产能可达3吨/年！大连化物所研发出海水制氢联产淡水新技术

近日，由大连化物所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究中心（509组群）邓德会研究员和刘艳廷副研究员团队围绕近岸/离岸海上风电制氢的需求，研发出一条以海水为原料制备氢气联产淡水的新技术，并依托该技术完成了25千瓦级装置的测试验证。

图源中国科学院大连化物所

地球上约70%的面积被海水覆盖，海水占地球总水量的97.5%。电解制氢需要大量水，因此可以说海洋是最大的“氢矿”，向大海要水成为未来氢能发展的重要方向。

然而，相较淡水，海水成分非常复杂，至少含有约92种不同的化学元素，如钠、镁、钙、钾、氯等，还含有大量微生物和悬浮颗粒，利用海水电解制氢会导致有害腐蚀性和毒性、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与挑战。过去几十年中，全球各个国家均在积极开展海水电解制氢领域的研究。总体上，以海水为原料制氢形成了海水直接制氢和间接制氢两种不同技术路线。

目前，海上风电电解水制氢技术存在淡水资源紧缺、海水成分复杂等问题，亟需发展以海水为原料的绿氢制备新方法与新技术。

传统碱性电解水制氢的电能利用率一般为65%至80%，未能利用的电能转化为废热排放至环境中，造成了能源的严重浪费。在本工作中，项目团队利用电解水产生的废热作为海水低温制淡水热源，建立了废热回收系统并与海水低温淡化技术进行集成耦合。相比传统淡水电解水制氢，省去了废热移除所必需的换热器单元以及冷却介质，减少设备成本与能耗。

在此基础上，团队基于自主研发的铠甲催化剂整体式电极，研制出25千瓦级海水制氢联产淡水装置。运行结果显示，以海水为原料可实现高效电解水制氢联产淡水，氢气产能可达3吨/年，氢气纯度≥99.999%，产生的淡水在满足自身电解需求的基础上，可额外联产淡水6吨/年，淡水电导率≤20 μs/cm，盐度≤0.04 ppt。同时，相比传统淡水电解水制氢装置，可将碱性电解水制氢系统的电能利用率提高10%以上，证明了海水制氢联产淡水新技术的可行性与先进性，有望为近岸/离岸海上风电规模化制氢提供具备核心竞争力的技术支撑。

该工作得到国家自然科学基金、辽宁滨海实验室、中国科学院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”等项目的资助。

近年来，随着全球可再生能源的快速发展，海上风电因具备风能资源丰富、稳定、不受地形限制等优点迎来快速增长。利用海上风电制氢兼具解决电力消纳和制备规模化绿氢资源的优点，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与他指导的深圳大学、四川大学博士生团队在《Nature》发表论文，提出了从物理力学与电化学相结合的全新思路，从而创造性地开创了海水无淡化原位直接电解制氢新原理与技术，破解了有害腐蚀性这一困扰海水电解制氢领域的半世纪难题。[相关阅读：突破性开创海水原位直接电解制氢全新路径！谢和平院士团队破解半世纪难题]

2023年以来，海水制氢逐渐走进视野，我国在海水制氢的技术及示范应用等方面已取得显著进展（全球氢能根据公开资料整理，存在遗漏可能）——

事实上，海水制氢产业辐射能力强、带动面广，在技术、装备上都走在能源产业前沿，在引领新一轮的绿色能源变革的同时，还将横向联动、纵向拉动海水淡化、海上清洁能源、海上氢能新基建等产业发展，开拓新需求、新空间。比如，按照电解1吨水会获得111千克氢气反算，对海水淡化需求可达225.23万吨。根据海水淡化成本5元每吨来计算，到2025年海水制氢将拉动海水淡化工程约1126.13万元的产值。

国际能源署预测到2050年全球氢年需求量约近3亿吨，到2070年达到5.2亿吨。在氢能需求侧庞大规模的拉动下，加之技术和产业化层面的不断突破，海水制氢产业即将爆发。