中國(guó)發(fā)展網(wǎng)訊 記者邱愛荃報(bào)道 氫在元素周期表中排名首位。氫能集能量密度高、清潔無污染等優(yōu)勢(shì)于一身，被稱為“綠色石油”。液氫是運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的主要燃料之一。《國(guó)際氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告2023》預(yù)計(jì)，未來10年將是全球氫能產(chǎn)業(yè)“黃金發(fā)展期”，到2030年全球氫能需求將超過1.5億噸。然而，淡水資源緊缺將嚴(yán)重制約制氫技術(shù)的發(fā)展。海水占地球水資源總量的96.5%，海洋是一個(gè)巨大的“氫礦”，如何利用海水直接電解制氫？近日，本報(bào)記者采訪了深圳大學(xué)、四川大學(xué)謝和平院士。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

早在2022年11月30日，深圳大學(xué)、四川大學(xué)謝和平院士團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(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制氫原理與技術(shù)重大突破。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

基于謝和平院士團(tuán)隊(duì)自主獨(dú)創(chuàng)的相變遷移海水原位直接電解制氫全新原理之后，團(tuán)隊(duì)在攻關(guān)研發(fā)過程中形成了三大原理技術(shù)。一是海水無能耗傳質(zhì)原理技術(shù)；二是電解質(zhì)自激發(fā)驅(qū)動(dòng)的連續(xù)制氫原理技術(shù)；三是電解界面穩(wěn)態(tài)自調(diào)節(jié)原理技術(shù)。最終謝和平院士團(tuán)隊(duì)自主攻關(guān)形成了全球首套400L氫氣每小時(shí)的原理樣機(jī)，整體吊裝在海水里實(shí)現(xiàn)了3200小時(shí)的穩(wěn)定制氫過程。正是因?yàn)閺母旧辖鉀Q了海水直接電解制氫的難點(diǎn)和技術(shù)瓶頸，有望真正將取之不盡的海水資源轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色能源，相關(guān)成果已被《Nature》正刊接收。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

謝和平院士認(rèn)為海水原位直接電解制氫全新原理技術(shù)是中國(guó)學(xué)者獨(dú)創(chuàng)的，應(yīng)該率先在中國(guó)大地上海試、中試和實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。因此，在論文發(fā)表之后，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合能源裝備領(lǐng)域的龍頭央企東方電氣進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，雙方簽署了合作協(xié)議，并組建聯(lián)盟共同推進(jìn)海水直接電解制氫技術(shù)的海試、工程示范和產(chǎn)業(yè)化。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

謝和平院士團(tuán)隊(duì)與東方電氣集團(tuán)聯(lián)合設(shè)計(jì)了海水直接制氫的漂浮式平臺(tái)，在其中并聯(lián)了三套原理樣機(jī)。于2023年5月份，在福建的興化灣打造了全球首個(gè)海上風(fēng)電直接制氫的技術(shù)示范，驗(yàn)證了在海上直接和綠電對(duì)接做電解制氫的可行性，同時(shí)也驗(yàn)證了在不可控波動(dòng)環(huán)境下、抗海洋風(fēng)浪的可行性。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

到海上風(fēng)電場(chǎng)里直接制氫是非常不容易的，相當(dāng)于去一個(gè)海上發(fā)電廠里做危化品的生產(chǎn)，同時(shí)，由于當(dāng)時(shí)缺乏浮體設(shè)計(jì)和海上運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，浮體在海上的管理非常復(fù)雜，海事局等很多部門都會(huì)進(jìn)行監(jiān)管。如果在海上拖帶浮體，可能涉及逃港；在路上拖帶，浮體又超高超寬，每過一個(gè)紅綠燈，需要把交通的指示燈拆下來通過后再安裝上去。謝和平院士團(tuán)隊(duì)和東方電氣投入了大量的精力做這件事，其過程非常不易，在海上做了10天不是因?yàn)橹荒茏?0天，而是海事局只給了團(tuán)隊(duì)10天出海窗口期。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

最終，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功驗(yàn)證了海水直接制氫的全新原理技術(shù)和海上綠電直接對(duì)接的可行性，在3-8級(jí)大風(fēng)、0.3—0.9米海浪的干擾下，以和實(shí)驗(yàn)室類似的效果穩(wěn)定運(yùn)行了10天。在這個(gè)過程中，首次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)學(xué)者提出的全新原理技術(shù)在真實(shí)海洋環(huán)境下的可行性和穩(wěn)定性；首次實(shí)現(xiàn)了海上風(fēng)電可再生能源和海水直接制氫的一體化技術(shù)體系；首次實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電無淡化直接制氫抗海洋環(huán)境干擾（3-8級(jí)風(fēng)、0-0.9m浪）的可行性，該成果最近發(fā)表在Nature Communications上。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

對(duì)于未來發(fā)展，謝和平院士團(tuán)隊(duì)布局了三步走戰(zhàn)略。第一步，在海上進(jìn)行海試示范，已經(jīng)于2023年5月順利完成。第二步，要打造100 Nm3/h氫氣規(guī)模“制-儲(chǔ)-用” 全鏈工程示范，打造全新的海水無淡化原位直接制氫產(chǎn)業(yè)賽道。第三步是組建“產(chǎn)-學(xué)”聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地，充分發(fā)揮海水無淡化原位直接電解制氫技術(shù)的龍頭牽引作用，構(gòu)建海洋綠氫“制-儲(chǔ)-用”全鏈條產(chǎn)業(yè)合作體系，推動(dòng)海洋綠氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

此外，從技術(shù)發(fā)展的角度，謝和平院士提出了原理技術(shù)的迭代升級(jí)，打造全球海水直接電解制氫“新賽道”。加快步伐攻關(guān)第二代更高效、更高兼容性、更高穩(wěn)定性的分體式海水直接電解制氫核心技術(shù)及裝備，保持海水直接制氫技術(shù)的全球領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)！未來不斷把規(guī)模做大，從100→1000 Nm3/h對(duì)接當(dāng)前體量最大、最成熟的堿性電解槽。同時(shí)拓展應(yīng)用到鹽湖水、工業(yè)廢水等其他的一些領(lǐng)域。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

從海洋綠氫裝備產(chǎn)業(yè)角度，謝和平院士提出打造海上綠氫產(chǎn)、儲(chǔ)、運(yùn)、用裝備制造全新“產(chǎn)業(yè)鏈”和海水直接制氫個(gè)性化裝備制造全新“產(chǎn)業(yè)鏈”。一方面，研發(fā)全新原理海水直接制氫的個(gè)性化專用技術(shù)裝備，如專用海洋直流電風(fēng)機(jī)裝備；另一方面，研制海上制氫后儲(chǔ)、運(yùn)、用一體化技術(shù)裝備。未來海水制氫和氫氨融合，從空氣當(dāng)中把氮分離出來結(jié)合海上原位制取的氫氣后合成氨。我們國(guó)家大多數(shù)的鋼鐵廠都是在沿海，鐵礦石都是從海上來，氨在海面上制取過后，運(yùn)輸半徑非常短，可以用于煉鋼場(chǎng)景，有可能擴(kuò)展海洋綠氫產(chǎn)業(yè)的鏈條。此外，“海水制氫+綠色甲醇”也是未來發(fā)展的新賽道，直接使用海水電解制氫，并通過空氣捕獲二氧化碳，就地轉(zhuǎn)化為甲醇燃料，通過海上現(xiàn)有的油氣管道或甲醇動(dòng)力船舶或甲醇運(yùn)輸船完成綠色甲醇的運(yùn)輸/消納，實(shí)現(xiàn)對(duì)海上可再生能源驅(qū)動(dòng)的負(fù)碳“氫→綠色甲醇”轉(zhuǎn)化，為燃料動(dòng)力車、合成纖維、塑料、農(nóng)藥、燃料、合成蛋白等提供重要載體。最后，謝和平院士還全新構(gòu)想了“東方和平號(hào)”海洋綜合能源船，該系統(tǒng)集能源船底波浪能、能源船面光伏、風(fēng)電等可再生能源于一體，利用我們獨(dú)創(chuàng)的海水無淡化原位直接電解制氫技術(shù)，制氫之后與船上捕獲的二氧化碳或氮?dú)夂铣删G色甲醇和綠氨。這樣，“東方和平號(hào)”海洋綜合能源船就可在遠(yuǎn)海、深海向全球直接提供“綠氫、綠氨、綠色甲醇”產(chǎn)品。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

從整個(gè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展角度，謝和平院士團(tuán)隊(duì)和東方電氣提出“風(fēng)氫聯(lián)營(yíng)、以電育氫、以氫消電、綠氫入化”系統(tǒng)運(yùn)維體系構(gòu)想。一是風(fēng)氫聯(lián)營(yíng)，希望這個(gè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)落地的時(shí)候，海上風(fēng)電廠部分的發(fā)電電力用于上網(wǎng)，部分用于海水電解制氫，從而尋求整體利潤(rùn)為正，不依靠單純的政府補(bǔ)貼。二是以電育氫，希望用發(fā)電部分利潤(rùn)補(bǔ)貼海水直接電解制氫，降低制氫成本。三是以氫消電，用海水直接電解制氫的技術(shù)消納海風(fēng)棄電，發(fā)揮氫氣儲(chǔ)能作用，消納未來深遠(yuǎn)海大規(guī)模棄風(fēng)棄電，開拓深遠(yuǎn)海市場(chǎng)，擴(kuò)大未來漂浮式或者深遠(yuǎn)海風(fēng)場(chǎng)的發(fā)電利潤(rùn)。四是綠氫入化，把氫氣制取后往下游做甲醇、氨等大宗化學(xué)品，便于管理和運(yùn)輸，逐步擴(kuò)大在化工領(lǐng)域的供應(yīng)占比，提升氫氣的經(jīng)濟(jì)性，逐步地取代灰氫。lxb28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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