中國儲能網(wǎng)訊：由于淡水資源緊缺，向大海要水是未來氫能發(fā)展的重要方向。但復雜的海水成分（約92種化學元素）導致海水制氫面臨諸多難題與挑戰(zhàn)，先淡化后制氫工藝流程復雜且成本高昂。
2022年11月30日，深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長謝和平團隊在《自然》發(fā)表論文，以分子擴散、界面相平衡等物理力學與電化學相結合的全新思路，建立了相變遷移驅動的海水無淡化原位直接電解制氫全新原理與技術。
深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長謝和平
該技術徹底隔絕了海水離子，實現(xiàn)了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的高效海水原位直接電解制氫，即可在海水里原位直接電解制氫。同時，團隊研制了全球首套400升/小時海水原位直接電解制氫技術與裝備。
論文發(fā)表后，在全球范圍內引發(fā)了一番震動，該技術也入選國家科技部組織評選的“2022年度中國科學十大進展”。
在2023年9月10日舉辦的中國碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會上，謝和平透露，就在去年該論文發(fā)表的20天后，去年12月16日，團隊與東方電氣集團簽署合作協(xié)議。東方電氣投入3000萬元專項經費，獲得四方共享原創(chuàng)技術專利及相關資料的知識產權，并組建聯(lián)盟進行海水直接電解制氫技術的海上中試及工程示范和產業(yè)化。
“論文發(fā)表后，國際市場對該原理技術廣泛關注，國際許多企業(yè)希望購買我們的制氫裝置，但是要求我們提供技術圖紙、操作參數(shù)和詳細技術方案。但我們認為應該將該原創(chuàng)技術的知識產權掌握在中國人自己手中，我們應率先中試、率先工程示范/產業(yè)化、率先形成產業(yè)鏈，也促使我想要盡快實現(xiàn)海試的夢想?！敝x和平說。
謝和平介紹，為適應海洋不可控臺風浪，團隊建立了基于全新原理的拓展模型及調控系統(tǒng)，與東方電氣集團聯(lián)合設計了漂浮式海水制氫平臺，今年5月，團隊在福建省福清市興化灣進行的1.2 Nm3/h海水原位直接電解制氫成功海試，打造了全球首個海上風電海水直接電解制氫技術示范工程。
“這是首次海水直接制氫全新原理技術與海上綠電對接，成功進行了真實海洋環(huán)境的現(xiàn)場驗證，實現(xiàn)了在3-8級大風、0.3-0.9米海浪強干擾下，以1.2Nm3 H2/h規(guī)模、5kWh/Nm3 H2電解能耗，連續(xù)穩(wěn)定運行10天，與實驗室效果類似?！敝x和平說。
2023年7月6日在中國工程院召開的 “我國原創(chuàng)海上風電無淡化海水直接制氫原理技術”規(guī)模化、產業(yè)化戰(zhàn)略咨詢研討會中，與會院士對此次海試結果予以肯定。
談到外界尤為關注的成本方面，在此次大會演講中，謝和平表示，由于海水直接制氫可直接對接海上風電等可再生能源，無海水淡化過程，無額外催化劑工程，無海水泵送輸運過程，無海水污染處理過程，無海水制氫設備平臺，因此未來極具經濟潛力。
若按照“海水直接制氫成本=電價×單位電耗+(每年折舊+每年運維)/每年制氫總量”這一公式計算，以海上風電上網(wǎng)電價0.2元—0.3元/度電計算，海水直接制氫的單位質量氫氣成本為0.219元/Nm3+0.2元/Nm3+(1-1.5)元/Nm3=1.419-1.919元/Nm3 = 15.89—21.49元/kg。
跟陸地淡水制氫成本相比，海水直接電解水直接制氫成本與前者相當（無占地面積等設施和污染物處理成本）。
未來進一步降本來自于兩方面——海水直接電解水直接制氫能耗的降低和海上風電價格的降低。據(jù)謝和平測算，以目前海水直接電解電耗5kWh/Nm3氫氣進行估算，在電價低于0.09元/度時，綜合成本有望低于0.87元/ Nm3氫氣(煤制灰氫成本下限)。目前團隊已攻關第二代技術，使得技術能耗降到4.5kWh/Nm3，隨著電解制氫能耗降低到4.0 kWh/Nm3時，在電價低于0.11元/度時，海水直接電極制氫成本將低于0.87元/Nm3(煤制灰氫的極限低價)。
另其測算，當海上風電電價低于0.23元/度時，海水制氫成本與煤制氫+CCUS相比具有競爭優(yōu)勢；當電價低于0.15元/度時，海水制氫與煤制灰氫相當；當電價低于0.11元/度時，海水制氫成本將完全低于煤制灰氫成本。
“這將改變世界能源格局?！敝x和平說。
對未來技術產業(yè)化的思考
在談到未來的技術和產業(yè)化趨勢的思考時，謝和平表示，一方面，團隊將對原理技術迭代升級。這包括全新原理對堿性電解槽（AWE）升級，以及全新原理對酸性質子膜電解槽（PEM）升級。
另一方面，團隊還將對制氫平臺技術迭代升級，包括建立漂浮式海水直接制氫平臺技術（大中型）、固定式海水直接制氫平臺技術、動力式海水直接制氫船技術(大噸位)。
而在產業(yè)鏈上下游產業(yè)鏈打造方面，謝和平指出了三條路徑。第一條是與上海交通大學丁文江團隊合作，打造“海水制氫+鎂基固、儲、運、用技術” 產業(yè)鏈。
其次，其團隊將與國家能源氫能及氨氫融合新能源技術重點實驗室的張清杰院士團隊合作，打造“海水制氫+氫氨一體化”技術產業(yè)鏈，即直接使用海水制氫，同時就地轉化為已儲運的氨燃料，通過氨運輸船（已有）或氨燃料船舶（未來）完成氨的運輸/消納，實現(xiàn)海上可再生能源驅動的無碳排放氫—氨循環(huán)，氨氫融合(以氨載氫、氨氫并用)。
再次，未來也可打造“海水制氫+綠色甲醇一體化”技術產業(yè)鏈，即直接使用海水制氫，并通過空氣捕獲二氧化碳，就地轉化為甲醇燃料，通過海上現(xiàn)有的油氣管道或甲醇動力船舶或甲醇運輸船完成綠色甲醇的運輸/消納，實現(xiàn)對海上可再生能源驅動的負碳“氫→綠色甲醇”轉化，為燃料動力車、合成纖維、塑料、農藥、燃料、合成蛋白等提供重要載體。
除了這三條路徑，團隊還將繼續(xù)在海水直接制氫個性化裝備制造全新產業(yè)鏈上發(fā)力，研發(fā)攻關個性化的海上風機等可再生能源技術及對接大規(guī)模的“固定式”、“動力式”與“漂浮式”海水直接制氫運行平臺全新技術裝備，力爭引領全球“海洋綠氫”產業(yè)鏈。
謝和平的雄心壯志還不止如此，在演講的最后，其更提出了“提供一個海灣來建成大規(guī)模研發(fā)與中試示范基地”的設想。據(jù)謝和平介紹，2023年7月20日，其團隊已經與泉州市委代表見面，協(xié)商落地泉州產業(yè)化事宜。
