首個海上風電無淡化海水直接電解制氫在福建海試成功

6月2日，記者從深圳大學獲悉，深圳大學/四川大學謝和平院士團隊與東方電氣集團聯合打造的全球首個海上風電無淡化海水原位直接電解制氫原理技術裝備在福建海試成功。

據了解，此次海試是于5月17日至26日在福建興化灣海上風電場開展，使用的是聯合研制的漂浮式海上制氫平臺以及海上風電智慧穩定供電系統，在經受了3至8級大風、0.3至0.9米海浪強干擾下的真實海洋環境下，連續穩定運行了超240個小時，首次成功驗證了由中國科學家原創的海水無淡化原位直接電解制氫原理與技術的可靠性。

可再生能源海水無淡化原位直接電解制氫平臺 深圳大學供圖

“海上風電等可再生能源利用-海水氫能生產”漂浮式平臺 深圳大學供圖

開創海水原位直接電解制氫新路徑

海洋是地球上最大的氫礦，向大海要水是未來氫能發展的重要方向。然而，海水成分非常復雜（包含92種化學元素），還含有大量微生物和懸浮顆粒，導致有害腐蝕性和毒性、催化劑失活、電解效率低等諸多技術瓶頸與挑戰。

因此，以海水為原料制氫形成了海水直接制氫和間接制氫兩種不同的技術路線。其中，海水間接制氫本質上是淡水制氫，這類技術嚴重依賴大規模淡化設備，工藝流程復雜且占用大量土地資源，進一步推高了制氫成本與工程建設難度。

而海水直接電解制氫，盡管國內外的研發團隊圍繞催化劑工程、膜材料科學等進行了大量探索研究，但迄今為止，仍未有突破性的理論與原理徹底避免海水復雜組分對電解制氫體系的影響。

針對上述挑戰，2022年11月，謝和平團隊在《自然》發表論文，開創了海水原位直接電解制氫全新原理與技術，建立了氣液界面相變自遷移自驅動的海水直接電解制氫理論方法，實現了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的規模化高效海水原位直接電解制氫，破解了困擾海水電解制氫領域半個世紀的難題。該成果被評為2022年中國科學十大進展。

“研發團隊完美地解決了有害腐蝕性這一長期困擾海水制氫領域的問題，將打開低成本燃料生產的大門，有望推動變革走向更可持續的世界。”《自然》副主編Yohan Dall’Agnese對該成果評價道。

中國工程院院士謝和平說道：“海水無淡化原位直接電解制氫技術在原理上跳出了傳統化學的范疇，通過蒸汽壓差的物理力學驅動，來全部隔開海水中的90多種復雜元素及微生物對電解水制氫的影響，打破世界上原本需要依靠純水制氫的傳統模式。通過海水資源直接制氫，并結合海上風力發電技術，未來將會改變全球的能源開發路徑。”

制氫純度高，制備成本有望進一步降低

2022年12月16日，東方電氣以專項投入3000萬元研發經費，與謝和平團隊合作，共同推進海水無淡化原位直接電解制氫產業化推廣應用。

2023 年5月17日至26日，聯合團隊在福建興化灣開展海水無淡化原位直接電解制氫海上示范，利用東方電氣興化灣58號10兆瓦大型風力發電機供能，配備28kW輸出功率的儲能系統，實現了長達10天的穩定制氫，法拉第效率近乎100%，能耗、實驗效果與實驗室環境下的制氫效果相當。

同時，聯合攻關團隊還利用此次海試機會，開展了真實海洋復雜環境下的海水直接制氫綜合性能測評，分析對比了與驗室制氫效果的關鍵差異，探索了海上可再生能源電力驅動下對電解制氫與相變遷移過程穩態平衡的影響，以及對電解設備核心材料及部件綜合性能的影響。

海水無淡化原位直接電解制氫測試現場 深圳大學供圖

根據第三方技術檢測機構（四川質檢院）的檢測數據表明，本次海試制氫規模達每小時1.3標準立方米氫氣，達到并超出設計值；電解能耗為每標準立方米氫氣5度電。在3-8級海風、0.3至0.9米浪高的真實海洋環境下連續穩定運行10天后，海水雜質離子阻隔率仍然高達99.99%以上（與純凈水直接電解制氫效果相當），制氫純度達到99.9% - 99.99%，穩定性良好。

據了解，本次海試是基于三套原理樣機并聯建立的設計值為每小時1.2標準立方米制氫規模的裝備系統。按照海上風電上網電價（0.2至0.3元每度電），該原理技術成本為每公斤氫氣11.2元至16.8元。隨著未來海上風電技術的進一步發展和上網電價下降，海水直接制氫成本有望低于煤制灰氫成本。

“接下來，我們將全力攻關第二代抗海洋環境干擾的海水直接電解制氫核心技術，迭代發展更高效、更高兼容性、更高穩定性的第二代核心技術及裝備，并全面推進產業化。同時，團隊將探索攻關第三代和第四代更規模化、更智能化的核心技術及裝備，引領海上風電等可再生能源與海水直接電解制氫一體化全新工業模式。”謝和平表示，此次海試成功充分標志著海水無淡化原位直接電解制氫在產業化進程上跨出了一大步，意味著正式邁入了海水直接電解制氫新時代。