綠氫作為最具可持續(xù)性且真正無碳的氫能生產(chǎn)路線，正成為全球氫能發(fā)展的焦點。然而，淡水資源緊缺將嚴重制約“綠氫”技術(shù)的發(fā)展。海洋是地球上最大的氫礦，結(jié)合海上風光發(fā)電技術(shù)，通過取之不盡的海水資源直接制氫，將為綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供全新路徑。
按照是否需要提前對海水進行淡化處理，海水制氫分為直接電解制氫和間接電解制氫兩類路線。相比于間接制氫，海水直接制氫路線簡化了工藝流程，因此更容易實現(xiàn)降本目標。
近年來，來自全球高校的科研團隊先后在海水電解制氫方面實現(xiàn)突破，海水制氫技術(shù)快速發(fā)展。此外，國內(nèi)外企業(yè)正在積極推進海水制氫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，多個海水制氫項目陸續(xù)啟動。
深圳大學(xué)、四川大學(xué)謝和平院士團隊
2022年11月30日，深圳大學(xué)、四川大學(xué)謝和平院士團隊在Nature期刊上發(fā)表了海水原位直接電解制氫相關(guān)研究成果。該研究采用物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的全新思路，建立了相變遷移驅(qū)動的海水無淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù)，徹底隔絕海水離子，實現(xiàn)了無淡化過程、無副反應(yīng)、無額外能耗的海水原位直接電解制氫原理與技術(shù)重大突破。
隨后，2022年12月16日，東方電氣股份有限公司、東方電氣(福建)創(chuàng)新研究院有限公司與深圳大學(xué)、四川大學(xué)謝和平院士團隊，共同簽署了“海水無淡化原位直接電解制氫原創(chuàng)技術(shù)中試和產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用”四方合作協(xié)議。
2023年6月消息，經(jīng)中國工程院專家組現(xiàn)場考察后確認，全球首次海上風電無淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)海上中試在福建興化灣海上風電場獲得成功。
2023年10月，東福院與中國石油長慶油田分公司簽署項目合作協(xié)議，將讓無淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)應(yīng)用于長慶油田。這是該技術(shù)在海上中試成功后，首次應(yīng)用于工業(yè)廢水制氫領(lǐng)域。項目未來探索將海水制氫技術(shù)拓展到節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，為石化廢水、煉鋼廢水等工業(yè)廢水制氫提供路線參考。
天津大學(xué)凌濤教授與澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授團隊
2023年1月30日，天津大學(xué)凌濤教授與澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授團隊合作在Nature Energy期刊上發(fā)表了海水制氫研究成果。該成果通過在常見的催化劑表面引入硬路易斯酸材料，在催化劑表面構(gòu)建了局部堿性的反應(yīng)微環(huán)境，在不經(jīng)過凈化、脫鹽處理和不添加強堿的條件下，在近中性的天然海水中實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的電解制氫。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
近日，由大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室能源與環(huán)境小分子催化研究中心(509組群)鄧德會研究員和劉艷廷副研究員團隊圍繞近岸/離岸海上風電制氫的需求，研發(fā)出一條以海水為原料制備氫氣聯(lián)產(chǎn)淡水的新技術(shù)，并依托該技術(shù)完成了25千瓦級裝置的測試驗證。
團隊利用電解水產(chǎn)生的廢熱作為海水低溫制淡水的熱源，建立了廢熱回收系統(tǒng)，并與海水低溫淡化技術(shù)進行集成耦合，研發(fā)出海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)。相比傳統(tǒng)淡水電解水制氫，該技術(shù)省去了廢熱移除所必需的換熱器單元，以及與之配套的冷卻介質(zhì)，減少了設(shè)備成本與能耗。
在此基礎(chǔ)上，團隊研制出了25千瓦級海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水裝置。運行結(jié)果顯示，以海水為原料可實現(xiàn)高效電解水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水，氫氣產(chǎn)能可達3噸/年，氫氣純度≥99.999%，產(chǎn)生的淡水在滿足自身電解需求的基礎(chǔ)上，可額外聯(lián)產(chǎn)淡水6噸/年，淡水電導(dǎo)率≤20 μs/cm，鹽度≤0.04 ppt，證明了海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)的可行性與先進性，有望為近岸/離岸海上風電規(guī)?；茪涮峁┚邆浜诵母偁幜Φ募夹g(shù)支撐。
中國科學(xué)院寧波材料研究所
2023年6月，中國科學(xué)院寧波材料所發(fā)布消息稱，該研究所在海水電解制氫大尺寸、高穩(wěn)定陰極技術(shù)方面取得進展，為解決海水電解制氫過程中面向工業(yè)規(guī)?；糯蟮母咝阅荜帢O合成提供了新的合成方法。研究所對合成陰極的性能和成本的評估顯示，該電極具備在工業(yè)規(guī)模下可持續(xù)制氫的潛力。
大連潔凈能源集團有限公司
2023年1月28日，大連市普蘭店區(qū)海水制氫產(chǎn)業(yè)一體化示范項目正式開工。該項目計劃于2023年10月1日正式建成投產(chǎn)，形成年發(fā)電量1.37億千瓦時和年產(chǎn)2000噸的新能源綠氫產(chǎn)能，并在未來三年計劃累計投資約30億元，逐步形成500兆瓦新能源發(fā)電、10000噸綠氫的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
海水制氫產(chǎn)業(yè)一體化示范項目將充分利用普蘭店區(qū)灘涂光伏資源優(yōu)勢及大連市技術(shù)研發(fā)、儲能設(shè)備、制氫設(shè)備、加氫設(shè)備、氫燃料電池、整車、氫能消納等可實現(xiàn)完整產(chǎn)業(yè)鏈本地化的優(yōu)勢，打造國內(nèi)首例，集灘涂光伏、儲能、海水淡化、電解制氫為一體，嘗試風光耦合及大規(guī)模不受上網(wǎng)指標限制的孤網(wǎng)運行模式的氫能源產(chǎn)業(yè)一體化示范項目。
印度理工學(xué)院馬德拉斯分校
印度理工學(xué)院馬德拉斯分校的新技術(shù)和研究旨在直接利用豐富的海水來制造綠氫以減少對淡水的需求。研究人員使用碳基支撐材料代替金屬作為電極，幾乎消除了電極在海水中腐蝕的可能性。印度理工學(xué)院馬德拉斯分校開發(fā)的技術(shù)可用于工業(yè)和生活廢水處理。他們已經(jīng)計劃開始利用工業(yè)廢水進行實驗。
澳大利亞皇家墨爾本理工學(xué)院
由皇家墨爾本理工學(xué)院(RMIT)高級研究員納西爾·馬哈茂德博士領(lǐng)導(dǎo)的團隊成功地從海水中電解制得氫氣，同時繞過了昂貴的海水淡化過程。馬哈茂德和他的團隊開發(fā)了專門針對海水的催化劑。與其他催化劑相比，這些新型催化劑更加高效、穩(wěn)定且更具成本效益。該技術(shù)通過一種簡單的方法改變催化劑的內(nèi)部化學(xué)性質(zhì)，由于催化劑容易制造且生產(chǎn)成本更低，因此有助于擴大海水電解的規(guī)模。該技術(shù)可顯著降低電解槽的成本，研究人員的下一步是開發(fā)一種新型電解槽，使用一系列催化劑有效生產(chǎn)大量氫氣。
斯坦福大學(xué)SLAC團隊
斯坦福大學(xué)SLAC團隊通過雙膜系統(tǒng)直接利用海水電解生產(chǎn)氫氣。目前大部分電解水制氫系統(tǒng)使用單層膜。SLAC團隊研究使用兩層隔膜系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以減少氯離子到達陽極并氧化的情況。質(zhì)子穿過其中一層膜到達可以被富集的場所，并通過與陰極相互作用轉(zhuǎn)化為氫氣。系統(tǒng)中的第二層膜僅允許陰離子(例如氯離子)通過，而另一層膜上帶有電負性的基團。SLAC團隊表示在實驗中，帶負電的膜被證明可以高效地阻擋幾乎所有的氯離子，并且他們的系統(tǒng)在運行時不會產(chǎn)生氯氣等有毒副產(chǎn)物。
英國ERM公司Dolphyn項目
ERM公司Dolphyn項目利用分散式制氫模式，通過在風機平臺上設(shè)置水電解制氫設(shè)備實現(xiàn)大規(guī)模的分散式制氫，將電解制氫模塊和風力發(fā)電模塊集成在半潛式風機平臺上，氫氣通過北?，F(xiàn)有油氣管道輸往英國本土。這是一個融合了尖端浮動風能和制氫技術(shù)的革命性解決方案。
該集成系統(tǒng)將利用海上風資源的力量來推動大規(guī)模綠色氫的生產(chǎn)。這一創(chuàng)新解決方案采用模塊化設(shè)計，將電解和 10 MW 風力渦輪機結(jié)合在系泊浮動下部結(jié)構(gòu)上。其結(jié)果是一個完全集成的系統(tǒng)，能夠從海水中生產(chǎn)綠色氫氣，僅由風能提供動力。據(jù)悉，英國的這個Dolphyn項目總裝機容量400萬千瓦。
法國氫技術(shù)公司 Lhyfe
2022年9月，法國氫技術(shù)公司Lhyfe啟動了其Sealhyfe 海上制氫平臺項目，該平臺同時結(jié)合了太陽能、風能和波浪能，通過電解海水以獲得可再生綠氫。
2023年6月，法國Lhyfe公司宣布其首個海上氫生產(chǎn)試點項目Sealhyfe投產(chǎn)，成功在大西洋生產(chǎn)出第一公斤綠氫。Sealhyfe 項目采用Plug提供的EX-425D型號PEM電解槽，電力來自浮動風力渦輪機提供的海上風電。Lhyfe同時宣布了HOPE項目(歐洲海上制氫項目)，該項目預(yù)計將于2026年在比利時奧斯坦德附近每天生產(chǎn)高達4噸氫氣。
電解槽制造公司 Ohmium與膜蒸餾技術(shù)公司Aquastill
2023年7月設(shè)計、先進質(zhì)子交換膜 (PEM) 電解槽的制造商 Ohmium International(“Ohmium”)宣布與模塊化膜蒸餾技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者之一的Aquastill進行戰(zhàn)略合作，利用廢熱進行海水淡化并制取氫氣。
通過將 Aquastill 的海水淡化能力與 Ohmium 的模塊化電解槽相結(jié)合，此次合作將為沿海地區(qū)的企業(yè)創(chuàng)造新的脫碳機會，提供更高效、可持續(xù)和低成本的清潔能源。此外，將質(zhì)子交換膜電解槽與海上風電場耦合，模塊化海水淡化裝置的創(chuàng)新集成將促進具有成本效益的綠氫生產(chǎn)。Ohmium 和 Aquastill 已開始評估這些技術(shù)的集成可行性，旨在盡快將這些技術(shù)投入商業(yè)使用。
國際能源署預(yù)測到2050年全球氫年需求量約近3億噸，到2070年達到5.2億噸。在氫能需求側(cè)龐大規(guī)模的拉動下，加之技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化層面的不斷突破，海水制氫產(chǎn)業(yè)即將爆發(fā)。
