海水間接制氫工藝

海水間接制氫包含可再生電力系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)、電解槽系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)、氫氣純化系統(tǒng)等模塊。其中海水淡化系統(tǒng)可細(xì)分為蒸餾法、反滲透法、電滲析法等。

資料來源：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所專利：一種電解水制氫耦合海水淡化系統(tǒng)及方法

傳統(tǒng)堿性電解水制氫的電能利用率一般為65%至80%，未能利用的電能轉(zhuǎn)化為廢熱排放至環(huán)境中，造成了能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所對(duì)海水間接制氫的堿性電解槽工藝進(jìn)行了改良，研發(fā)出海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水技術(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)，將廢熱與海水低溫淡化技術(shù)進(jìn)行集成耦合，減少了設(shè)備成本與能耗。

海水直接制氫工藝

2022年11月30日，深圳大學(xué)深地科學(xué)與綠色能源研究院院長謝和平團(tuán)隊(duì)在《自然》發(fā)表論文，以分子擴(kuò)散、界面相平衡等物理力學(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(dòng)的海水無淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù)。

該技術(shù)使用聚四氟乙烯膜(類似于滲透膜)將堿性電解槽的高濃度KOH電解液與海水隔開，利用兩者之間的蒸汽壓力差(類似于濃度差)實(shí)現(xiàn)由海水向KOH電解液的自動(dòng)滲透補(bǔ)水，而海水中的離子、雜質(zhì)等仍留在海水中，形成了自動(dòng)海水凈化補(bǔ)水機(jī)制。

相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水無淡化原位直接電解制氫原理圖

根據(jù)謝和平測(cè)算，以目前海水直接電解的技術(shù)能耗可降低至4.5kWh/Nm3，當(dāng)海上風(fēng)電電價(jià)低于0.23元/度時(shí)，海水制氫成本與煤制氫+CCUS相比具有競爭優(yōu)勢(shì);當(dāng)電價(jià)低于0.15元/度時(shí)，海水制氫與煤制灰氫相當(dāng);當(dāng)電價(jià)低于0.11元/度時(shí)，海水制氫成本海水直接電解制氫成本將低于0.87元/Nm3，相當(dāng)于煤制灰氫的極限低價(jià)。

浙江皓日氫能源科技有限公司專利：海水直接電解制氫裝置

此類電解槽實(shí)際上相當(dāng)于為堿性電解槽的輔助系統(tǒng)中新增了一套“壓差驅(qū)動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)水裝置”，通過水壓將海水過濾為電解槽原料水，為降低能耗，海水制氫系統(tǒng)一般將電解槽和氣液分離系統(tǒng)置于水下，利用天然海水降低設(shè)備溫度，例如浙江皓日氫能源科技有限公司海水制氫工藝。

海水制氫產(chǎn)業(yè)鏈

相比普通的電解水制氫項(xiàng)目，海水制氫的一大優(yōu)勢(shì)是可以采用離岸制氫模式，在節(jié)約土地成本的同時(shí)，與同樣離岸的海上風(fēng)電、光電產(chǎn)業(yè)結(jié)合度更高。并且海水制出的氫氣可以作為綠色甲醇、綠氨的原材料實(shí)現(xiàn)就地轉(zhuǎn)化，而綠色甲醇、綠氨又是下一代船舶的主要燃料，使船舶可以不用靠岸即完成燃料補(bǔ)給。多余的綠色甲醇、綠氨可通過現(xiàn)有的油氣管道或甲醇動(dòng)力船舶或運(yùn)輸船輸送到岸邊，被燃料動(dòng)力車、合成纖維、塑料、農(nóng)藥、燃料、合成蛋白等下游產(chǎn)業(yè)消納。

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海水制氫企業(yè)

目前海水制氫的國內(nèi)外示范項(xiàng)目中，實(shí)質(zhì)也是海水淡化后電解制氫技術(shù)，再利用海上風(fēng)能和太陽能將水分解成氫氣和氧氣。從產(chǎn)能來看，國內(nèi)外可再生能源制氫項(xiàng)目仍是小規(guī)模試點(diǎn)，且大多處于在建或擬建階段。

我國雖然起步較晚，但作為海上風(fēng)電大國、氫能應(yīng)用大國、海洋資源大國，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

目前我國海上風(fēng)電總規(guī)劃為166. 386 GW，消納缺口較大，對(duì)海水制氫的需求最為迫切。

現(xiàn)階段，中石化、中海油、國家能源集團(tuán)等為代表的央企能源巨頭是海水制氫的首批推動(dòng)者，商業(yè)化應(yīng)用正在籌備。