海洋約占地球表面積的71%，海水是地球上最為廣泛的資源之一。在能源需求日益增長(zhǎng)的當(dāng)下，海水能否成為可再生能源的重要來(lái)源？10月28日，記者采訪中國(guó)科學(xué)院大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能源與環(huán)境小分子催化研究中心鄧德會(huì)研究員時(shí)得到了肯定的答復(fù)。他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出以海水為原料制備氫氣聯(lián)產(chǎn)淡水的新技術(shù)，并完成了25千瓦級(jí)裝置的測(cè)試驗(yàn)證，有望為這條綠色能源開發(fā)之路提供新的解決思路。

　　開辟海水制氫新途徑

　　據(jù)記者了解，地球現(xiàn)存的化石燃料資源有限，使用后還會(huì)排放大量的二氧化碳，給環(huán)境和人類健康造成一定威脅。而海水不僅可以利用其中的水分制氫，顯著減少溫室氣體排放，而且海水中的鹽分和有機(jī)物還可被利用，制氫過(guò)程所產(chǎn)生的廢水也可以經(jīng)過(guò)后續(xù)處理，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

　　“但海水直接制氫還面臨諸多技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，主要原因是海水中富含大量的鹽分，也就是氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等。在電解水時(shí)，陽(yáng)極部分會(huì)產(chǎn)生高濃度的氯離子、次氯酸根等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，導(dǎo)致電極腐蝕嚴(yán)重;而在陰極部分則會(huì)因?yàn)殁}、鎂等離子發(fā)生沉淀，使催化劑活性面積減少，進(jìn)而降低反應(yīng)速率。”鄧德會(huì)介紹說(shuō)，目前，上述技術(shù)難題還沒有完全經(jīng)濟(jì)可行的解決方案，也導(dǎo)致了海水直接制氫技術(shù)難以大規(guī)模投入實(shí)際應(yīng)用階段。

　　為了解決這一問(wèn)題，鄧德會(huì)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究工作，創(chuàng)新了一條不同以往的海水制氫新路徑。“我們繞開了海水直接制氫這條常規(guī)路徑，而是將電解水與海水低溫淡化技術(shù)進(jìn)行了耦合創(chuàng)新，將電解水產(chǎn)生的廢熱作為海水低溫制淡水的熱源，再將海水低溫制取的淡水引入電解水單元，從而研發(fā)出海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)。”鄧德會(huì)介紹道。

　　實(shí)現(xiàn)能源資源循環(huán)利用

　　鄧德會(huì)進(jìn)一步解釋道，這個(gè)系統(tǒng)集成技術(shù)有很多巧思。首先是對(duì)低品位廢熱的回收利用。傳統(tǒng)堿性電解水制氫的電能利用率為65%~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)。“這個(gè)廢熱之所以一直未被重視，主要原因是其溫度一般在80℃左右，屬于低品位廢熱，很難在工業(yè)場(chǎng)景中得到再利用。但我們海水低溫制淡水所需的溫度只需要50℃左右，正好能利用電解水產(chǎn)生的廢熱。”鄧德會(huì)介紹說(shuō)。于是，研究團(tuán)隊(duì)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)，用于海水低溫淡化。相比傳統(tǒng)淡水電解制氫，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。

　　其次是對(duì)海上風(fēng)電的消納。近年來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)量持續(xù)大幅增加。截至2022年，我國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已突破3000萬(wàn)千瓦，約占全球的54%。但近岸或離岸海上風(fēng)電就地消納問(wèn)題日益凸顯。“我們這個(gè)系統(tǒng)既解決了海上風(fēng)電就地消納問(wèn)題，也解決了電解水制氫技術(shù)面臨的淡水資源緊缺、海水成分復(fù)雜等問(wèn)題。”鄧德會(huì)解釋道。

　　基于此，該技術(shù)將海上風(fēng)電、電解水制氫、海水淡化等過(guò)程巧妙地耦合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部資源和能源的循環(huán)利用。

　　中試裝置驗(yàn)證獲成功

　　研究團(tuán)隊(duì)以海水為原料制備氫氣聯(lián)產(chǎn)淡水的新技術(shù)為依托，基于自主研發(fā)的鎧甲催化劑整體式電極，研制出25千瓦級(jí)海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水中試裝置。

　　運(yùn)行結(jié)果顯示，以海水為原料可實(shí)現(xiàn)高效電解水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水，氫氣產(chǎn)能可達(dá)3噸/年，氫氣純度超過(guò)99.999%，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，淡水電導(dǎo)率小于20μs/cm，鹽度小于0.04ppt。同時(shí)，相比傳統(tǒng)淡水電解制氫裝置，該裝置可將堿性電解水制氫系統(tǒng)的電能利用率提高10%以上。這些數(shù)據(jù)充分展示了海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)的可行性與先進(jìn)性，有望為近岸或離岸海上風(fēng)電規(guī)�；�制氫提供具備核心競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)支撐。同時(shí)，由于該技術(shù)擺脫了對(duì)緊缺淡水資源的依賴，以成分復(fù)雜的非淡水為原料進(jìn)行制氫，有望擴(kuò)展應(yīng)用到以內(nèi)陸鹽堿水、工業(yè)廢水、火電廠廢水、城市生活廢水等作為原料的電解制氫領(lǐng)域。

　　談及未來(lái)，鄧德會(huì)表示，研究團(tuán)隊(duì)將與海上風(fēng)電能源企業(yè)等展開合作，進(jìn)一步推進(jìn)該技術(shù)的落地實(shí)施，早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。