谢和平院士：海水电解制氢技术渐行渐近

中国发展网讯 记者邱爱荃报道 氢在元素周期表中排名首位。氢能集能量密度高、清洁无污染等优势于一身，被称为“绿色石油”。液氢是运载火箭发动机的主要燃料之一。《国际氢能技术与产业发展研究报告2023》预计，未来10年将是全球氢能产业“黄金发展期”，到2030年全球氢能需求将超过1.5亿吨。然而，淡水资源紧缺将严重制约制氢技术的发展。海水占地球水资源总量的96.5%，海洋是一个巨大的“氢矿”，如何利用海水直接电解制氢？近日，本报记者采访了深圳大学、四川大学谢和平院士。

早在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。

基于谢和平院士团队自主独创的相变迁移海水原位直接电解制氢全新原理之后，团队在攻关研发过程中形成了三大原理技术。一是海水无能耗传质原理技术；二是电解质自激发驱动的连续制氢原理技术；三是电解界面稳态自调节原理技术。最终谢和平院士团队自主攻关形成了全球首套400L氢气每小时的原理样机，整体吊装在海水里实现了3200小时的稳定制氢过程。正是因为从根本上解决了海水直接电解制氢的难点和技术瓶颈，有望真正将取之不尽的海水资源转变为绿色能源，相关成果已被《Nature》正刊接收。

谢和平院士认为海水原位直接电解制氢全新原理技术是中国学者独创的，应该率先在中国大地上海试、中试和实施产业化。因此，在论文发表之后，团队联合能源装备领域的龙头央企东方电气进行产学研合作，双方签署了合作协议，并组建联盟共同推进海水直接电解制氢技术的海试、工程示范和产业化。

谢和平院士团队与东方电气集团联合设计了海水直接制氢的漂浮式平台，在其中并联了三套原理样机。于2023年5月份，在福建的兴化湾打造了全球首个海上风电直接制氢的技术示范，验证了在海上直接和绿电对接做电解制氢的可行性，同时也验证了在不可控波动环境下、抗海洋风浪的可行性。

到海上风电场里直接制氢是非常不容易的，相当于去一个海上发电厂里做危化品的生产，同时，由于当时缺乏浮体设计和海上运行经验，浮体在海上的管理非常复杂，海事局等很多部门都会进行监管。如果在海上拖带浮体，可能涉及逃港；在路上拖带，浮体又超高超宽，每过一个红绿灯，需要把交通的指示灯拆下来通过后再安装上去。谢和平院士团队和东方电气投入了大量的精力做这件事，其过程非常不易，在海上做了10天不是因为只能做10天，而是海事局只给了团队10天出海窗口期。

最终，项目团队成功验证了海水直接制氢的全新原理技术和海上绿电直接对接的可行性，在3-8级大风、0.3—0.9米海浪的干扰下，以和实验室类似的效果稳定运行了10天。在这个过程中，首次实现了中国学者提出的全新原理技术在真实海洋环境下的可行性和稳定性；首次实现了海上风电可再生能源和海水直接制氢的一体化技术体系；首次实现海上风电无淡化直接制氢抗海洋环境干扰（3-8级风、0-0.9m浪）的可行性，该成果最近发表在Nature Communications上。

对于未来发展，谢和平院士团队布局了三步走战略。第一步，在海上进行海试示范，已经于2023年5月顺利完成。第二步，要打造100 Nm3/h氢气规模“制-储-用” 全链工程示范，打造全新的海水无淡化原位直接制氢产业赛道。第三步是组建“产-学”联盟，实现产业化落地，充分发挥海水无淡化原位直接电解制氢技术的龙头牵引作用，构建海洋绿氢“制-储-用”全链条产业合作体系，推动海洋绿氢产业快速发展。

此外，从技术发展的角度，谢和平院士提出了原理技术的迭代升级，打造全球海水直接电解制氢“新赛道”。加快步伐攻关第二代更高效、更高兼容性、更高稳定性的分体式海水直接电解制氢核心技术及装备，保持海水直接制氢技术的全球领先优势！未来不断把规模做大，从100→1000 Nm3/h对接当前体量最大、最成熟的碱性电解槽。同时拓展应用到盐湖水、工业废水等其他的一些领域。

从海洋绿氢装备产业角度，谢和平院士提出打造海上绿氢产、储、运、用装备制造全新“产业链”和海水直接制氢个性化装备制造全新“产业链”。一方面，研发全新原理海水直接制氢的个性化专用技术装备，如专用海洋直流电风机装备；另一方面，研制海上制氢后储、运、用一体化技术装备。未来海水制氢和氢氨融合，从空气当中把氮分离出来结合海上原位制取的氢气后合成氨。我们国家大多数的钢铁厂都是在沿海，铁矿石都是从海上来，氨在海面上制取过后，运输半径非常短，可以用于炼钢场景，有可能扩展海洋绿氢产业的链条。此外，“海水制氢+绿色甲醇”也是未来发展的新赛道，直接使用海水电解制氢，并通过空气捕获二氧化碳，就地转化为甲醇燃料，通过海上现有的油气管道或甲醇动力船舶或甲醇运输船完成绿色甲醇的运输/消纳，实现对海上可再生能源驱动的负碳“氢→绿色甲醇”转化，为燃料动力车、合成纤维、塑料、农药、燃料、合成蛋白等提供重要载体。最后，谢和平院士还全新构想了“东方和平号”海洋综合能源船，该系统集能源船底波浪能、能源船面光伏、风电等可再生能源于一体，利用我们独创的海水无淡化原位直接电解制氢技术，制氢之后与船上捕获的二氧化碳或氮气合成绿色甲醇和绿氨。这样，“东方和平号”海洋综合能源船就可在远海、深海向全球直接提供“绿氢、绿氨、绿色甲醇”产品。

从整个产业化发展角度，谢和平院士团队和东方电气提出“风氢联营、以电育氢、以氢消电、绿氢入化”系统运维体系构想。一是风氢联营，希望这个技术产业落地的时候，海上风电厂部分的发电电力用于上网，部分用于海水电解制氢，从而寻求整体利润为正，不依靠单纯的政府补贴。二是以电育氢，希望用发电部分利润补贴海水直接电解制氢，降低制氢成本。三是以氢消电，用海水直接电解制氢的技术消纳海风弃电，发挥氢气储能作用，消纳未来深远海大规模弃风弃电，开拓深远海市场，扩大未来漂浮式或者深远海风场的发电利润。四是绿氢入化，把氢气制取后往下游做甲醇、氨等大宗化学品，便于管理和运输，逐步扩大在化工领域的供应占比，提升氢气的经济性，逐步地取代灰氢。