近日,中国科学院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围绕近岸/离岸海上风电制氢需求,研发出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。
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,氢气产能达3吨/年,氢气纯度≥99.999%,所产淡水在满足电解需求基础上,可额外联产淡水6吨/年,淡水电导率≤20 微西/厘米,盐度≤0.04微克/毫升,相比传统淡水电解水制氢装置,碱性电解水制氢系统电能利用率提高10%以上。
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。其中,海水间接制氢本质上是淡水制氢,该类技术严重依赖大规模淡化设备,工艺流程复杂且占用大量土地资源,制氢成本高、工程建设难度大。
虽然两种技术路线均有巨大挑战,但包括我国在内的相关国家如法国、韩国等均在加快推进海水制氢的研究、示范及产业化试点,个别项目已取得阶段性成果和突破性进展。