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海水電解制氫是一種前景廣闊的清潔能源生產(chǎn)方法，可以通過海水和可再生能源進(jìn)行氫氣生產(chǎn)。海上風(fēng)電技術(shù)與海水電解制氫的結(jié)合可以提供可持續(xù)的清潔能源解決方案，有望為清潔能源的生產(chǎn)和利用帶來更多選擇。

2022年11月30日，中國工程院院士謝和平與他指導(dǎo)的深圳大學(xué)、四川大學(xué)博士生團(tuán)隊(duì)在《Nature》發(fā)表《A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation》，提出了一種直接海水電解方法。

01. 海水電解制氫

氫氣是一種前景廣闊的清潔能源載體，可通過風(fēng)能和太陽能等可再生能源生產(chǎn)。其中一種制氫方法是電解海水，它具有提供可持續(xù)和豐富氫源的潛力。然而，由于海水成分復(fù)雜，副反應(yīng)和腐蝕問題對(duì)這種方法的實(shí)際可行性提出了挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，謝和平和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地開創(chuàng)了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(shí)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高效制氫原理與技術(shù)重大原創(chuàng)突破（即把海水當(dāng)純凈水用，在海水里直接原位電解制氫）。

研究通過結(jié)合物理力學(xué)與電化學(xué)，建立相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水直接電解制氫理論模型，揭示了微米級(jí)氣隙通路下界面壓力差對(duì)海水自發(fā)相變傳質(zhì)的影響機(jī)制，形成了電化學(xué)反應(yīng)協(xié)同海水遷移的動(dòng)態(tài)自調(diào)節(jié)穩(wěn)定電解制氫方法，破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領(lǐng)域的半世紀(jì)難題。該方法已被證明是高效的、尺寸靈活和可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有很高的實(shí)際應(yīng)用潛力。

方法簡介

該方法采用疏水性多孔聚四氟乙烯（PTFE）防水透氣膜作為氣路界面，并采用濃氫氧化鉀（KOH）溶液作為自阻尼電解質(zhì)（SDE）。關(guān)鍵技術(shù)是在電解槽中加入自呼吸防水膜和 SDE。防水膜具有疏水性，因此具有防污能力，而微米尺度的氣體擴(kuò)散路徑可實(shí)現(xiàn)較高的水遷移率。SDE 用于阻尼膜，并提供自驅(qū)動(dòng)相變機(jī)制，確保 100% 的離子阻隔效率。

海水無淡化原位直接電解制氫原理

由于海水和SDE之間的水蒸氣壓差，海水中的水通過液－氣－液相轉(zhuǎn)變機(jī)制自行穿過膜遷移到SDE。這種獨(dú)特的水凈化機(jī)制確保了高效率，并避免了因海水成分復(fù)雜而產(chǎn)生的副反應(yīng)和腐蝕問題。

在實(shí)際應(yīng)用條件下，演示系統(tǒng)以每平方厘米250mA的電流密度穩(wěn)定運(yùn)行了 3200多個(gè)小時(shí)，沒有出現(xiàn)故障。按比例放大的SES制氫能力為386L/h，在 250 mA/cm2 的條件下穩(wěn)定運(yùn)行超過3200小時(shí)，能耗低至5.0kWh Nm-3的氫氣。

02. 海上風(fēng)電

海上風(fēng)電是一種利用海洋上的風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)。它通過在海洋上安裝大型風(fēng)力渦輪機(jī)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生的電力可以通過海底電纜傳輸?shù)桨渡?。與陸地上的風(fēng)力發(fā)電相比，海上風(fēng)電技術(shù)具有更加穩(wěn)定的風(fēng)能來源和更高的能量密度，同時(shí)也避免了對(duì)陸地資源的占用和環(huán)境影響。因此，海上風(fēng)電是一種前景廣闊的可再生能源技術(shù)，可以為清潔能源轉(zhuǎn)型提供重要支持。

03. 風(fēng)電+綠氫結(jié)合前景

將海上風(fēng)電技術(shù)與海水電解制氫相結(jié)合是一種創(chuàng)新性的可再生能源解決方案，可以為清潔能源的生產(chǎn)和利用提供可持續(xù)而豐富的資源。海上風(fēng)電技術(shù)可以利用海洋上的風(fēng)力發(fā)電，產(chǎn)生穩(wěn)定的電力來源，而海水電解則可以將海水中的水分子分解成氫氣和氧氣，提供一種可再生的清潔能源。

通過在海上平臺(tái)或由海上風(fēng)力渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的船舶上安裝電解系統(tǒng)，海上風(fēng)電技術(shù)與海水電解的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)。直接電解海水可以從海水中生產(chǎn)氫氣，氫氣可以儲(chǔ)存并運(yùn)輸?shù)桨渡嫌糜谌剂想姵鼗蚱渌麘?yīng)用，從而為清潔能源轉(zhuǎn)型提供更多選擇。

這種綜合方案的優(yōu)勢在于，海上風(fēng)電技術(shù)可以提供穩(wěn)定而豐富的電力來源，為海水電解制氫提供可靠的電源。同時(shí)，海水電解可以利用海水這一充足的資源進(jìn)行氫氣生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更加可持續(xù)的清潔能源生產(chǎn)。這種綜合方案還可以避免對(duì)陸地資源的占用和環(huán)境影響，同時(shí)也有助于促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

這種綜合方案具有極高的實(shí)際應(yīng)用潛力，有望為清潔能源生產(chǎn)提供一種前景廣闊的解決方案。但需要注意的是，海上風(fēng)電技術(shù)與海水電解制氫的結(jié)合還需要進(jìn)一步研究和探索，以確定其可行性和潛在效益。

04. 結(jié)論

海上風(fēng)電技術(shù)與海水電解的結(jié)合有可能為清潔能源生產(chǎn)提供可持續(xù)的綜合解決方案。文章中提出的直接海水電解方法可用于從海水中生產(chǎn)氫氣，氫氣可儲(chǔ)存并運(yùn)輸?shù)桨渡嫌糜谌剂想姵鼗蚱渌麘?yīng)用。需要進(jìn)一步研究以確定這種綜合方法的可行性和潛在效益，但它有可能為清潔能源生產(chǎn)提供一種前景廣闊的解決方案。 

原標(biāo)題：海洋綠氫：海上風(fēng)電與海水電解的完美結(jié)合