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海水制氢接连获得重大技术突破,千亿级风口即将到来!
来源:欧洲海上风电 | 发布者:维恩光伏 | 发布时间: 2023-11-05 | 121 次浏览 | 分享到:



绿氢作为最具可持续性且真正无碳的氢能生产路线,正成为全球氢能发展的焦点。然而,淡水资源紧缺将严重制约“绿氢”技术的发展。海洋是地球上最大的氢矿,结合海上风光发电技术,通过取之不尽的海水资源直接制氢,将为绿氢产业的发展提供全新路径。


按照是否需要提前对海水进行淡化处理,海水制氢分为直接电解制氢和间接电解制氢两类路线。相比于间接制氢,海水直接制氢路线简化了工艺流程,因此更容易实现降本目标。


近年来,来自全球高校的科研团队先后在海水电解制氢方面实现突破,海水制氢技术快速发展。此外,国内外企业正在积极推进海水制氢产业化发展,多个海水制氢项目陆续启动。


2022年11月30日,深圳大学、四川大学谢和平院士团队在Nature期刊上发表了海水原位直接电解制氢相关研究成果。该研究采用物理力学与电化学相结合的全新思路,建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术,彻底隔绝海水离子,实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的海水原位直接电解制氢原理与技术重大突破。


随后,2022年12月16日,东方电气股份有限公司、东方电气(福建)创新研究院有限公司与深圳大学、四川大学谢和平院士团队,共同签署了“海水无淡化原位直接电解制氢原创技术中试和产业化推广应用”四方合作协议。


2023年6月消息,经中国工程院专家组现场考察后确认,全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术海上中试在福建兴化湾海上风电场获得成功。


2023年10月,东福院与中国石油长庆油田分公司签署项目合作协议,将让无淡化海水原位直接电解制氢技术应用于长庆油田。这是该技术在海上中试成功后,首次应用于工业废水制氢领域。项目未来探索将海水制氢技术拓展到节能环保领域,为石化废水、炼钢废水等工业废水制氢提供路线参考。


天津大学凌涛教授与澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授团队


2023年1月30日,天津大学凌涛教授与澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授团队合作在Nature Energy期刊上发表了海水制氢研究成果。该成果通过在常见的催化剂表面引入硬路易斯酸材料,在催化剂表面构建了局部碱性的反应微环境,在不经过净化、脱盐处理和不添加强碱的条件下,在近中性的天然海水中实现了高效稳定的电解制氢。


中国科学院大连化学物理研究所


近日,由大连化物所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究中心(509组群)邓德会研究员和刘艳廷副研究员团队围绕近岸/离岸海上风电制氢的需求,研发出一条以海水为原料制备氢气联产淡水的新技术,并依托该技术完成了25千瓦级装置的测试验证。


团队利用电解水产生的废热作为海水低温制淡水的热源,建立了废热回收系统,并与海水低温淡化技术进行集成耦合,研发出海水制氢联产淡水新技术。相比传统淡水电解水制氢,该技术省去了废热移除所必需的换热器单元,以及与之配套的冷却介质,减少了设备成本与能耗。


在此基础上,团队研制出了25千瓦级海水制氢联产淡水装置。运行结果显示,以海水为原料可实现高效电解水制氢联产淡水,氢气产能可达3吨/年,氢气纯度≥99.999%,产生的淡水在满足自身电解需求的基础上,可额外联产淡水6吨/年,淡水电导率≤20 μs/cm,盐度≤0.04 ppt,证明了海水制氢联产淡水新技术的可行性与先进性,有望为近岸/离岸海上风电规模化制氢提供具备核心竞争力的技术支撑。


中国科学院宁波材料研究所


2023年6月,中国科学院宁波材料所发布消息称,该研究所在海水电解制氢大尺寸、高稳定阴极技术方面取得进展,为解决海水电解制氢过程中面向工业规模化放大的高性能阴极合成提供了新的合成方法。研究所对合成阴极的性能和成本的评估显示,该电极具备在工业规模下可持续制氢的潜力。


大连洁净能源集团有限公司


2023年1月28日,大连市普兰店区海水制氢产业一体化示范项目正式开工。该项目计划于2023年10月1日正式建成投产,形成年发电量1.37亿千瓦时和年产2000吨的新能源绿氢产能,并在未来三年计划累计投资约30亿元,逐步形成500兆瓦新能源发电、10000吨绿氢的产业规模。


海水制氢产业一体化示范项目将充分利用普兰店区滩涂光伏资源优势及大连市技术研发、储能设备、制氢设备、加氢设备、氢燃料电池、整车、氢能消纳等可实现完整产业链本地化的优势,打造国内首例,集滩涂光伏、储能、海水淡化、电解制氢为一体,尝试风光耦合及大规模不受上网指标限制的孤网运行模式的氢能源产业一体化示范项目。


印度理工学院马德拉斯分校


印度理工学院马德拉斯分校的新技术和研究旨在直接利用丰富的海水来制造绿氢以减少对淡水的需求。研究人员使用碳基支撑材料代替金属作为电极,几乎消除了电极在海水中腐蚀的可能性。印度理工学院马德拉斯分校开发的技术可用于工业和生活废水处理。他们已经计划开始利用工业废水进行实验。


澳大利亚皇家墨尔本理工学院


由皇家墨尔本理工学院(RMIT)高级研究员纳西尔·马哈茂德博士领导的团队成功地从海水中电解制得氢气,同时绕过了昂贵的海水淡化过程。马哈茂德和他的团队开发了专门针对海水的催化剂。与其他催化剂相比,这些新型催化剂更加高效、稳定且更具成本效益。该技术通过一种简单的方法改变催化剂的内部化学性质,由于催化剂容易制造且生产成本更低,因此有助于扩大海水电解的规模。该技术可显着降低电解槽的成本,研究人员的下一步是开发一种新型电解槽,使用一系列催化剂有效生产大量氢气。


斯坦福大学SLAC团队


斯坦福大学SLAC团队通过双膜系统直接利用海水电解生产氢气。目前大部分电解水制氢系统使用单层膜。SLAC团队研究使用两层隔膜系统,该系统可以减少氯离子到达阳极并氧化的情况。质子穿过其中一层膜到达可以被富集的场所,并通过与阴极相互作用转化为氢气。系统中的第二层膜仅允许阴离子(例如氯离子)通过,而另一层膜上带有电负性的基团。SLAC团队表示在实验中,带负电的膜被证明可以高效地阻挡几乎所有的氯离子,并且他们的系统在运行时不会产生氯气等有毒副产物。


英国ERM公司Dolphyn项目


ERM公司Dolphyn项目利用分散式制氢模式,通过在风机平台上设置水电解制氢设备实现大规模的分散式制氢,将电解制氢模块和风力发电模块集成在半潜式风机平台上,氢气通过北海现有油气管道输往英国本土。这是一个融合了尖端浮动风能和制氢技术的革命性解决方案。


该集成系统将利用海上风资源的力量来推动大规模绿色氢的生产。这一创新解决方案采用模块化设计,将电解和 10 MW 风力涡轮机结合在系泊浮动下部结构上。其结果是一个完全集成的系统,能够从海水中生产绿色氢气,仅由风能提供动力。据悉,英国的这个Dolphyn项目总装机容量400万千瓦。


法国氢技术公司 Lhyfe


2022年9月,法国氢技术公司Lhyfe启动了其Sealhyfe 海上制氢平台项目,该平台同时结合了太阳能、风能和波浪能,通过电解海水以获得可再生绿氢。


2023年6月,法国Lhyfe公司宣布其首个海上氢生产试点项目Sealhyfe投产,成功在大西洋生产出第一公斤绿氢。Sealhyfe 项目采用Plug提供的EX-425D型号PEM电解槽,电力来自浮动风力涡轮机提供的海上风电。


Lhyfe同时宣布了HOPE项目(欧洲海上制氢项目),该项目预计将于2026年在比利时奥斯坦德附近每天生产高达4吨氢气。


电解槽制造公司 Ohmium与膜蒸馏技术公司Aquastill


2023年7月设计、先进质子交换膜 (PEM) 电解槽的制造商 Ohmium International(“Ohmium”)宣布与模块化膜蒸馏技术的领导者之一的Aquastill进行战略合作,利用废热进行海水淡化并制取氢气。


通过将 Aquastill 的海水淡化能力与 Ohmium 的模块化电解槽相结合,此次合作将为沿海地区的企业创造新的脱碳机会,提供更高效、可持续和低成本的清洁能源。此外,将质子交换膜电解槽与海上风电场耦合,模块化海水淡化装置的创新集成将促进具有成本效益的绿氢生产。Ohmium 和 Aquastill 已开始评估这些技术的集成可行性,旨在尽快将这些技术投入商业使用。



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