海水直接製氫海試已成功，能耗等同於淡水製氫

由於淡水資源緊缺，向大海要水是未來氫能發展的重要方向。但複雜的海水成分（約92種化學元素）導致海水製氫面臨諸多難題與挑戰，先淡化後製氫工藝流程複雜且成本高昂。

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製氫全新原理與技術。

該技術徹底隔絕了海水離子，實現了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的高效海水原位直接電解製氫，即可在海水裡原位直接電解製氫。同時，團隊研製了全球首套400升/小時海水原位直接電解製氫技術與裝備。

論文發表後，在全球範圍內引發了一番震動，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議。東方電氣投入3000萬元專項經費，獲得四方共享原創技術專利及相關資料的知識產權，並組建聯盟進行海水直接電解製氫技術的海上中試及工程示範和產業化。

“論文發表後，國際市場對該原理技術廣泛關注，國際許多企業希望購買我們的製氫裝置，但是要求我們提供技術圖紙、操作參數和詳細技術方案。但我們認為應該將該原創技術的知識產權掌握在中國人自己手中，我們應率先中試、率先工程示範/產業化、率先形成產業鏈，也促使我想要盡快實現海試的夢想。”謝和平說。

謝和平介紹，為適應海洋不可控颱風浪，團隊建立了基於全新原理的拓展模型及調控系統，與東方電氣集團聯合設計了漂浮式海水製氫平台，今年5月，團隊在福建省福清市興化灣進行的1.2 Nm3/h海水原位直接電解製氫成功海試，打造了全球首個海上風電海水直接電解製氫技術示範工程。

“這是首次海水直接製氫全新原理技術與海上綠電對接，成功進行了真實海洋環境的現場驗證，實現了在3-8級大風、0.3-0.9米海浪強幹擾下，以1.2Nm3 H2/h規模、5kWh/Nm3 H2電解能耗，連續穩定運行10天，與實驗室效果類似。”謝和平說。

2023年7月6日在中國工程院召開的 “我國原創海上風電無淡化海水直接製氫原理技術”規模化、產業化戰略諮詢研討會中，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，由於海水直接製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，無海水汙染處理過程，無海水製氫設備平台，因此未來極具經濟潛力。

若按照“海水直接製氫成本=電價×單位電耗+(每年折舊+每年運維)/每年製氫總量”這一公式計算，以海上風電上網電價0.2元—0.3元/度電計算，海水直接製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。

跟陸地淡水製氫成本相比，海水直接電解水直接製氫成本與前者相當（無占地面積等設施和汙染物處理成本）。

未來進一步降本來自於兩方面——海水直接電解水直接製氫能耗的降低和海上風電價格的降低。據謝和平測算，以目前海水直接電解電耗5kWh/Nm3氫氣進行估算，在電價低於0.09元/度時，綜合成本有望低於0.87元/ Nm3氫氣(煤製灰氫成本下限)。目前團隊已攻關第二代技術，使得技術能耗降到4.5kWh/Nm3，隨著電解製氫能耗降低到4.0 kWh/Nm3時，在電價低於0.11元/度時，海水直接電極製氫成本將低於0.87元/Nm3(煤製灰氫的極限低價)。

另其測算，當海上風電電價低於0.23元/度時，海水製氫成本與煤製氫+CCUS相比具有競爭優勢；當電價低於0.15元/度時，海水製氫與煤製灰氫相當；當電價低於0.11元/度時，海水製氫成本將完全低於煤製灰氫成本。

“這將改變世界能源格局。”謝和平說。

對未來技術產業化的思考

在談到未來的技術和產業化趨勢的思考時，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，團隊還將對製氫平台技術迭代升級，包括建立漂浮式海水直接製氫平台技術（大中型）、固定式海水直接製氫平台技術、動力式海水直接製氫船技術(大噸位)。

而在產業鏈上下遊產業鏈打造方面，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“海水製氫+鎂基固、儲、運、用技術” 產業鏈。

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傑院士團隊合作，打造“海水製氫+氫氨一體化”技術產業鏈，即直接使用海水製氫，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，實現海上可再生能源驅動的無碳排放氫—氨循環，氨氫融合(以氨載氫、氨氫並用)。

再次，未來也可打造“海水製氫+綠色甲醇一體化”技術產業鏈，即直接使用海水製氫，並通過空氣捕獲二氧化碳，就地轉化為甲醇燃料，通過海上現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。