稳定性良好!首个海上风电无淡化海水直接电解制氢在福建海试成功

转自：中国科学报

6月2日，记者从深圳大学获悉，深圳大学/四川大学谢和平院士团队与东方电气集团联合打造的全球首个海上风电无淡化海水原位直接电解制氢原理技术装备在福建海试成功。

据了解，此次海试是于5月17日至26日在福建兴化湾海上风电场开展，使用的是联合研制的漂浮式海上制氢平台以及海上风电智慧稳定供电系统，在经受了3至8级大风、0.3至0.9米海浪强干扰下的真实海洋环境下，连续稳定运行了超240个小时，首次成功验证了由中国科学家原创的海水无淡化原位直接电解制氢原理与技术的可靠性。

可再生能源海水无淡化原位直接电解制氢平台 深圳大学供图

“海上风电等可再生能源利用-海水氢能生产”漂浮式平台 深圳大学供图

开创海水原位直接电解制氢新路径

海洋是地球上最大的氢矿，向大海要水是未来氢能发展的重要方向。然而，海水成分非常复杂（包含92种化学元素），还含有大量微生物和悬浮颗粒，导致有害腐蚀性和毒性、催化剂失活、电解效率低等诸多技术瓶颈与挑战。

因此，以海水为原料制氢形成了海水直接制氢和间接制氢两种不同的技术路线。其中，海水间接制氢本质上是淡水制氢，这类技术严重依赖大规模淡化设备，工艺流程复杂且占用大量土地资源，进一步推高了制氢成本与工程建设难度。

而海水直接电解制氢，尽管国内外的研发团队围绕催化剂工程、膜材料科学等进行了大量探索研究，但迄今为止，仍未有突破性的理论与原理彻底避免海水复杂组分对电解制氢体系的影响。

针对上述挑战，2022年11月，谢和平团队在《自然》发表论文，开创了海水原位直接电解制氢全新原理与技术，建立了气液界面相变自迁移自驱动的海水直接电解制氢理论方法，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的规模化高效海水原位直接电解制氢，破解了困扰海水电解制氢领域半个世纪的难题。该成果被评为2022年中国科学十大进展。

“研发团队完美地解决了有害腐蚀性这一长期困扰海水制氢领域的问题，将打开低成本燃料生产的大门，有望推动变革走向更可持续的世界。”《自然》副主编Yohan Dall’Agnese对该成果评价道。

中国工程院院士谢和平说道：“海水无淡化原位直接电解制氢技术在原理上跳出了传统化学的范畴，通过蒸汽压差的物理力学驱动，来全部隔开海水中的90多种复杂元素及微生物对电解水制氢的影响，打破世界上原本需要依靠纯水制氢的传统模式。通过海水资源直接制氢，并结合海上风力发电技术，未来将会改变全球的能源开发路径。”

制氢纯度高，制备成本有望进一步降低

2022年12月16日，东方电气以专项投入3000万元研发经费，与谢和平团队合作，共同推进海水无淡化原位直接电解制氢产业化推广应用。

2023 年5月17日至26日，联合团队在福建兴化湾开展海水无淡化原位直接电解制氢海上示范，利用东方电气兴化湾58号10兆瓦大型风力发电机供能，配备28kW输出功率的储能系统，实现了长达10天的稳定制氢，法拉第效率近乎100%，能耗、实验效果与实验室环境下的制氢效果相当。

同时，联合攻关团队还利用此次海试机会，开展了真实海洋复杂环境下的海水直接制氢综合性能测评，分析对比了与验室制氢效果的关键差异，探索了海上可再生能源电力驱动下对电解制氢与相变迁移过程稳态平衡的影响，以及对电解设备核心材料及部件综合性能的影响。

海水无淡化原位直接电解制氢测试现场 深圳大学供图

根据第三方技术检测机构（四川质检院）的检测数据表明，本次海试制氢规模达每小时1.3标准立方米氢气，达到并超出设计值；电解能耗为每标准立方米氢气5度电。在3-8级海风、0.3至0.9米浪高的真实海洋环境下连续稳定运行10天后，海水杂质离子阻隔率仍然高达99.99%以上（与纯净水直接电解制氢效果相当），制氢纯度达到99.9% - 99.99%，稳定性良好。

据了解，本次海试是基于三套原理样机并联建立的设计值为每小时1.2标准立方米制氢规模的装备系统。按照海上风电上网电价（0.2至0.3元每度电），该原理技术成本为每公斤氢气11.2元至16.8元。随着未来海上风电技术的进一步发展和上网电价下降，海水直接制氢成本有望低于煤制灰氢成本。

“接下来，我们将全力攻关第二代抗海洋环境干扰的海水直接电解制氢核心技术，迭代发展更高效、更高兼容性、更高稳定性的第二代核心技术及装备，并全面推进产业化。同时，团队将探索攻关第三代和第四代更规模化、更智能化的核心技术及装备，引领海上风电等可再生能源与海水直接电解制氢一体化全新工业模式。”谢和平表示，此次海试成功充分标志着海水无淡化原位直接电解制氢在产业化进程上跨出了一大步，意味着正式迈入了海水直接电解制氢新时代。