海洋是地球上最大的氫礦,結(jié)合海上風(fēng)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,來自全球各地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。
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,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(fēng)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(fēng)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。
南京大學(xué)現(xiàn)代工學(xué)院李朝升課題組
近日,在海水制氫技術(shù)方面,南京大學(xué)取得了重大突破。南京大學(xué)現(xiàn)代工學(xué)院李朝升課題組設(shè)計了一種基于層狀雙氫氧化合物(CoFe-LDHs)電催化劑來應(yīng)對海水中高濃度的Cl?為電解海水制氫帶來的挑戰(zhàn)。
據(jù)了解,相關(guān)成果已經(jīng)以“Ultrastable electrocatalytic seawater splitting at ampere-level current density”為題,于2024年2月9日在Nature Sustainability(2024, 7, 158?167)上發(fā)表。值得一提的是,這一研究還得到了國家杰出青年科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、江蘇省前沿引領(lǐng)技術(shù)基礎(chǔ)研究和南京大學(xué)卓越計劃等項目資助。
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。
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。該項目投產(chǎn)后,將形成年發(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(fēng)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。
中國科學(xué)院大連化物所
2023年10月消息,中國科學(xué)院大連化物所圍繞近岸/離岸海上風(fēng)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,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,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(fēng)電規(guī)?;茪涮峁┚邆浜诵母偁幜Φ募夹g(shù)支撐。
牛津大學(xué)&華東理工大學(xué)
2024年1月4日,英國牛津大學(xué)Edman Tsang團隊與華東理工大學(xué)吳新平團隊合作,在Nature Catalysis期刊上發(fā)表了其研究成果。該成果報道了一種太陽光驅(qū)動下海水高溫分解產(chǎn)氫的新策略,取得了高達15.9%的能量轉(zhuǎn)化效率,超過了目前已報道的同類體系。
該成果清晰地揭示了海水中電解質(zhì)離子在該催化體系中促進光生載流子分離的作用機制,對該體系在納米甚至原子尺度有了新的認識,創(chuàng)新地提出了電解質(zhì)輔助極化效應(yīng),并初步探究了其在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的可行性。
中國科學(xué)院理化所
2024年2月消息,中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所提出了一種海水制氫的新策略——利用電化學(xué)重整廢棄的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料,從海水中提取出氫氣。該研究為廢棄塑料和海洋資源的利用以及綠色氫能生產(chǎn)提供了新思路,有望為解決全球能源危機和環(huán)境污染問題作出貢獻。
研究團隊設(shè)計出一種名為“鈀-四氧化二鈷銅”的復(fù)合電催化劑,成功破解了電解水制氫降本增效的難題。這種催化劑不僅可以高選擇性地將廢棄PET塑料轉(zhuǎn)化為高附加值的乙醇酸,還能有效提升海水制氫效率并降低成本。在模擬海水環(huán)境中,該體系在1.6安培的電流下,穩(wěn)定運行時長超100小時,顯示出較高的實用性和穩(wěn)定性。
韓國現(xiàn)代重工
2021年3月,韓國材料科學(xué)研究所宣布,該所的研究團隊在韓國國內(nèi)首次成功開發(fā)了可利用海水直接生產(chǎn)綠氫并劃時代地降低氫氣生產(chǎn)單價的“陰離子交換膜(AEMs)海水電解技術(shù)”。現(xiàn)代重工已與釜山大學(xué)、韓國材料科學(xué)研究所共同開發(fā)了海水電解催化劑及電極技術(shù),與首爾大學(xué)共同開發(fā)了水電解系統(tǒng)工程解析模型等。
2023年2月,現(xiàn)代重工、韓國造船海洋、現(xiàn)代石油銀行、韓國材料科學(xué)研究所、首爾大學(xué)、釜山大學(xué)、三星泰科、HEESUNG CATALYSTS CORPORATION等8家企業(yè)、科研機構(gòu)、高校共同簽署了海水電解系統(tǒng)核心技術(shù)開發(fā)業(yè)務(wù)協(xié)議。
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(fēng)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(fēng)力發(fā)電模塊集成在半潛式風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)能提供動力。
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。
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(fēng)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(fēng)力渦輪機提供的海上風(fēng)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(fēng)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。
韓國船舶與海洋工程研究所
2023年7月20日,韓國船舶與海洋工程研究所(KRISO)宣布,其研發(fā)的海上制氫平臺已經(jīng)獲得美國船級社(ABS)的原則性批準(AiP)。該平臺是一座可以利用海洋可再生能源發(fā)電以生產(chǎn)綠色氫氣的環(huán)保型平臺。該平臺由海水淡化系統(tǒng)、水電解系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)以及加壓儲氫系統(tǒng)組成。
原標題:海水制氫連獲重大突破!國內(nèi)外正在積極推進產(chǎn)業(yè)化