谢和平院士 | 碳中和应以技术为王

2021-9-11 15:47 来源: 中国经济导报

海水制氢是未来以氢能为主的能源体系的核心


目前全球主流的制氢技术为煤制氢、天然气制氢以及水制氢技术。其中,煤制氢和天然气制氢需要消耗不可再生的化石燃料资源,同时产生大量的二氧化碳排放,特别是在单位质量产氢量与碳排放指标上,与水电解制氢相比不具有优势。但是,水制氢面临着能耗偏高且全球淡水资源短缺的挑战,严重制约水制氢技术的发展推广。根据国家能源集团估计,到2060年光中国氢气年需求量将达1.3亿吨,这也意味着要消耗23亿吨的水资源用于制氢。因此,谢和平院士认为,用取之不尽的海水来制氢,才是未来制氢技术发展的主方向,关键是要大力发展海水制氢新原理,新技术。

谢和平院士指出现有的水制氢技术,如碱性电解水、PEM电解水技术无法直接用于海水制氢,症结在于海水中固有离子,如Ca2+,Mg2+ ,Cl-等对电极材料的腐蚀、毒化、堵塞等。针对这一困扰海水制氢的世界性难题,谢和平院士团队已组织攻关海水无淡化、无额外能耗的原位直接电解制氢新原理,巧妙利用物理力学与电化学相结合的新原理,率先形成了无淡化、不额外耗能的海水高效原位直接电解制氢原理与技术。目前的实验室研究成果充分证明该技术能满足电流密度最高3.5A/cm2的制氢反应(现有电解制氢技术电流密度仅0.3~0.8A/cm2),而且利用深圳湾海水进行了实际海水原位无淡化直接电解制氢,实现超过85h的稳定制氢,电解能耗与现有工业碱性电解淡水制氢能耗相当。目前,团队正在自主研发400L H2/h的海水原位无淡化直接电解制氢试验样机,同时也正在组织团队攻关新一代的海水电解制氢技术,力争将每标方制氢能耗从4.5至5度电,降至3.5至4.2度电,真正实现低能耗、低成本的海水直接制氢——即经济可行的零碳排放能源。

针对上述技术的重大创新意义,谢和平院士指出,(1)在理论上,这是一个是物理力学与电化学相结合的原创性原位海水直接制氢原理技术突破;(2)在技术意义上,能集成“可再生能源(海上风能、太阳能)利用-海水资源利用-氢能生产”过程为一体的海水无淡化直接电解制氢装备;(3)在战略意义上,有望能够将取之不尽用之不竭的海水资源,高效、低成本地原位转化成海水能源(氢能),真正意义上实现海水能源化利用。

谈及上述海水直接制氢技术的应用前景,谢和平院士介绍到,团队目前正在深圳市政府立项申请支持加快上述海水直接制氢技术的中试和产业化试点,期望能在粤港澳大湾区探索构建与海上风能、太阳能再生能源相结合的一体化的沿岸海水原位无淡化直接电解制氢工厂与浮岛式海上风电原位海水无淡化直接电解制氢工厂两大技术示范工程,期待实现具有无海水淡化过程、无海水泵送输运过程、无海水污染处理过程、无海水制氢设备平台等诸多优势的海上绿氢全新生产技术与路线,与海上风力发电、光伏发电形成多能互补一体化技术体系,最终在全球率先形成中国原创的“海洋绿氢”新兴战略产业。
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