我国海水制氢获得重大突破，纯度可达99.99！未来效用超乎你想象
我国海水制氢获得重大突破，纯度可达99.99！未来效用超乎你想象
2024年12月20日，我国在海水制氢技术领域取得重大突破。中海能油源发展股份有限公司开发的全球首套兆瓦级别制氢装置试运成功，提取的氢纯度达99.99%。这一突破不仅解决了传统淡水制氢面临的水资源短缺问题，还为海上风电的就地消纳提供了新的解决方案。
我国在制氢领域研究多年，2024年6月底，我国首次实现海上风电可再生能源，以及海水电解制氢一体化，获得重大突破。如今，我国再次颠覆氢气制取，不仅能够从海水直接制取氢气，能够大规模量产的装置也试运成功，制出的氢气纯度高达99.99%，创下了新的里程碑。
氢气（H2），常温常压之下无色、无味、无毒、极易燃烧、难融水，是密度最小的一种气体。H2密度小，被广泛应用于氢气球、飞艇之中当做填充气体；又因有易燃烧、环保的特性，也被誉为绿色清洁能源。
自英国化学物理学家发现水是由氢和氧两种化合物所合成之后，人们找到了制氢的方式，通过电解水来获得。电解水制氢，我们曾在初中课本学过，这也是制氢的最常见方式之一。随着近些年对能源环保的重视以及推进，用水制氢，已经应用于现实之中。但是，使用这一方式来获得氢气，有明显的缺陷，那就是耗水、耗电量太大。
据分析，跟多制氢产业目前用的是淡水以及工业用电，其中电、设备是最大花销。仅电费这一项，占据总费用七成，工业用电大约0.5-1.5元一度不等，地区不同电费有所不同。一立方氢气需要用电39.5千瓦，按照5毛钱一度计算，电费大约20元。每产生一公斤氢气，需要50度电左右，需要25元电费。
制氢还需要水，一公斤氢气大约需要消耗10公斤淡水，约0.01立方米，按照5元每立方米计费，水的费用相对比电费少得多。虽然水费较为便宜，但淡水资源珍贵，我国很多省份还经常面临干旱、缺水困境，本就是稀缺资源。如果还使用如此稀缺的淡水来制氢，那无异于是极大的浪费。
海水则不同，地球上海洋占大部分面积，更占地球总水量97%。据不完全统计，海水共计十三亿五千多立方千米。
从海水中制氢，难度有多大？同样都是水，直接用海水直接制氢岂不是一举两得。虽然都是水，跟淡水不同的是，它含有盐分跟矿物质，其成分十分复杂，有92种化学物质元素，包括离子、微生物、杂质等等。这些杂质导致制取氢气时会产生严重副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题，从而导致制氢气失败。
电解海水制氢领域的相关基础研究主要集中在研制新型高稳定的电催化剂,解决海水中杂质离子诱导的电极钝化和腐蚀问题。以前，的确有从海水制氢，但其技术依旧受限，需要先行淡化海水，再电解质反应获得氢气，其本质依旧是淡水制氢，再加上多增加了淡化的步骤，成本比淡水获氢高出2倍之多。
如果将海水先进行淡化再使用，其成本太昂贵，也面临着巨大技术调整。因此，多年以来都没有国家在海水制氢上获得突破性成就，尤其是高效、稳定、大批量使用海水制氢，不管是原理还是技术，世界各国在这一领域完全空白。
制氢主要有碱性电解水技术（ALK）、固体氧化物电解水技术（SOEC）、质子交换膜电解水技术（PEM）。其中，ALK技术是国内最早工业化技术，也是最成熟最普及的。不过这种方法的问题多，不仅产量低、能耗高、还有污染，容易发生碱性腐蚀。
行内人士分析说，ALK技术有缺点但对比另外两个技术更加成熟，成本也相对较低，依旧是可行性最高点，其他两种技术成本多3倍。制氢之中有一关键部件，电解槽，水在直流电作用会直接发生电解反应，是制氢核心设备，也是除电费外的大开支。欧盟虽然在能源转换政策有限，但我国是部署最快的，电解槽部件是我国产业硬件优势。
国际能源署公布，2022年我国电解槽产能占全球30%，至少在2025年以前，我国都会保持全球一半产能占比。以前，海水制氢都有淡化步骤，不仅工艺流程复杂、占地面积大，还提高了制氢的成本跟难度，有些本末倒置。
直接将海水作原料，通过选择性渗透阻隔方式阻隔杂质，再电解制氢才是最好选择。我国谢和平团队另辟蹊径，将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程跟电化学反应结合，提出基于变相迁移驱动海水原味净化，直接电解。
通俗来说，就是先设计特殊防水透气隔膜，再利用海水跟电解质水蒸气压力差，使得海水水蒸气被电解质吸收。后面的工序，直接交给电解槽就行。跟之前使用的间接制取不一样，这技术相当于通过自然压差从海水“吸”出水分子。反应过程中不是单纯海水，是有电解质参与反应的存在，在通过合理设计催化剂结构组成、采取合适抗腐蚀策略，这一技术也可推广到其他海域。
这一次，我国海水制氢获得重大突破，开创了新纪元，或将迈入一全新世界，成为制氢行业的先行者跟引领者。
电解海水制氢有大作用，为环保能源开辟新路。“双碳”战略目标背景之下，氢能可以成为能源转型关键，作为绿色清洁二次能源，不仅可以解决化石燃料枯竭带来的能源危机，还能有效抑制二氧化碳等温室气体的排放。我国氢气主要来源是化石能源、工业副产氢气为补充角色。想要完成能源转型，氢结构转型也尤为重要，从化石能源过度转移到可再生绿色清洁氢气上。
近20年，我国风电光伏等发电发展迅速，随着能源结构优化，可再生清洁能源成为了电力主要输送源。比起陆地上几近饱和风场，海上风电拥有更优质资源以及更广阔、更具前景发展空间。我国大陆海岸线约为1.8万千米，同时拥有超300万平方千米的海域，预计技术可开发资源超1500GW。
十四五规划，我国海上风电总装机超100GW，2022年海上风电装机量超30GW，占国际总量45%以上。由于距陆地遥远，输电的距离远，深远海电力负荷存在并网难、消纳难等问题。如何经济将深远海风电厂能源输送到陆地具有研究意义。
如果将风电跟制氢技术相结合，能够就地取材生产氢气，不仅可以大幅度降低制作氢气成本，还可以更有效解决海上风电消纳问题。海上发的电用于海水制氢，可谓一举两得。
目前，谢和平团队这项技术已经在深圳湾、兴化湾中稳定运行，再加上我国充足的风光产能、全球最低的制氢设备成本，无一不是为仍处在初期阶段的氢能产业夯实基础。
我国已经在该技术上获得了重大突破，也会很快将技术应用到实验之中，开启大规模生产。或许，未来使用绿色的氢能源来替代化石能源，将会很快实现！