海水制氫是未來以氫能為主的能源體系的核心
目前全球主流的制氫技術(shù)為煤制氫、天然氣制氫以及水制氫技術(shù)。其中,煤制氫和天然氣制氫需要消耗不可再生的化石燃料資源,同時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化
碳排放,特別是在單位質(zhì)量產(chǎn)氫量與碳排放指標(biāo)上,與水電解制氫相比不具有優(yōu)勢。但是,水制氫面臨著能耗偏高且全球淡水資源短缺的挑戰(zhàn),嚴(yán)重制約水制氫技術(shù)的發(fā)展推廣。根據(jù)國家能源集團(tuán)估計(jì),到2060年光中國氫氣年需求量將達(dá)1.3億噸,這也意味著要消耗23億噸的水資源用于制氫。因此,謝和平院士認(rèn)為,用取之不盡的海水來制氫,才是未來制氫技術(shù)發(fā)展的主方向,關(guān)鍵是要大力發(fā)展海水制氫新原理,新技術(shù)。
謝和平院士指出現(xiàn)有的水制氫技術(shù),如堿性電解水、PEM電解水技術(shù)無法直接用于海水制氫,癥結(jié)在于海水中固有離子,如Ca2+,Mg2+ ,Cl-等對(duì)電極材料的腐蝕、毒化、堵塞等。針對(duì)這一困擾海水制氫的世界性
難題,謝和平院士團(tuán)隊(duì)已組織攻關(guān)海水無淡化、無額外能耗的原位直接電解制氫新原理,巧妙利用物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的新原理,率先形成了無淡化、不額外耗能的海水高效原位直接電解制氫原理與技術(shù)。目前的實(shí)驗(yàn)室研究成果充分證明該技術(shù)能滿足電流密度最高3.5A/cm2的制氫反應(yīng)(現(xiàn)有電解制氫技術(shù)電流密度僅0.3~0.8A/cm2),而且利用
深圳灣海水進(jìn)行了實(shí)際海水原位無淡化直接電解制氫,實(shí)現(xiàn)超過85h的穩(wěn)定制氫,電解能耗與現(xiàn)有工業(yè)堿性電解淡水制氫能耗相當(dāng)。目前,團(tuán)隊(duì)正在自主研發(fā)400L H2/h的海水原位無淡化直接電解制氫試驗(yàn)樣機(jī),同時(shí)也正在組織團(tuán)隊(duì)攻關(guān)新一代的海水電解制氫技術(shù),力爭將每標(biāo)方制氫能耗從4.5至5度電,降至3.5至4.2度電,真正實(shí)現(xiàn)低能耗、低成本的海水直接制氫——即經(jīng)濟(jì)可行的零碳排放能源。
針對(duì)上述技術(shù)的重大創(chuàng)新意義,謝和平院士指出,(1)在理論上,這是一個(gè)是物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的原創(chuàng)性原位海水直接制氫原理技術(shù)突破;(2)在技術(shù)意義上,能集成“可再生能源(海上風(fēng)能、太陽能)利用-海水資源利用-氫能生產(chǎn)”過程為一體的海水無淡化直接電解制氫裝備;(3)在戰(zhàn)略意義上,有望能夠?qū)⑷≈槐M用之不竭的海水資源,高效、低成本地原位轉(zhuǎn)化成海水能源(氫能),真正意義上實(shí)現(xiàn)海水能源化利用。
談及上述海水直接制氫技術(shù)的應(yīng)用前景,謝和平院士介紹到,團(tuán)隊(duì)目前正在深圳市政府立項(xiàng)申請(qǐng)支持加快上述海水直接制氫技術(shù)的中試和產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn),期望能在粵港澳大灣區(qū)探索構(gòu)建與海上風(fēng)能、太陽能再生能源相結(jié)合的一體化的沿岸海水原位無淡化直接電解制氫工廠與浮島式海上風(fēng)電原位海水無淡化直接電解制氫工廠兩大技術(shù)示范工程,期待實(shí)現(xiàn)具有無海水淡化過程、無海水泵送輸運(yùn)過程、無海水污染處理過程、無海水制氫設(shè)備平臺(tái)等諸多優(yōu)勢的海上綠氫全新生產(chǎn)技術(shù)與路線,與海上風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電形成多能互補(bǔ)一體化技術(shù)體系,最終在全球率先形成中國原創(chuàng)的“海洋綠氫”新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。