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【新能源】海洋绿氢：海上风电与海水电解的完美结合

时间：2023-08-05 来源： 浏览：

【新能源】海洋绿氢：海上风电与海水电解的完美结合

原创 吞茶嚼花 石油圈
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海水电解制氢是一种前景广阔的清洁能源生产方法，可以通过海水和可再生能源进行氢气生产。海上风电技术与海水电解制氢的结合可以提供可持续的清洁能源解决方案，有望为清洁能源的生产和利用带来更多选择。

编译  |  吞茶嚼花

2022年11月30日，中国工程院院士谢和平与他指导的深圳大学、四川大学博士生团队在《Nature》发表《 A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation 》 [1] ，提出了一种直接海水电解方法。

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01. 海水电解制氢

氢气是一种前景广阔的清洁能源载体，可通过风能和太阳能等可再生能源生产。其中一种制氢方法是电解海水，它具有提供可持续和丰富氢源的潜力。然而，由于海水成分复杂，副反应和腐蚀问题对这种方法的实际可行性提出了挑战。

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为了应对这些挑战，谢和平和他的团队创造性地开创了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高效制氢原理与技术重大原创突破（即把海水当纯净水用，在海水里直接原位电解制氢）。
研究通过结合物理力学与电化学，建立相变迁移驱动的海水直接电解制氢理论模型，揭示了微米级气隙通路下界面压力差对海水自发相变传质的影响机制，形成了电化学反应协同海水迁移的动态自调节稳定电解制氢方法，破解了有害腐蚀性这一困扰海水电解制氢领域的半世纪难题。该方法已被证明是高效的、尺寸灵活和可扩展性强，具有很高的实际应用潜力。

方法简介

该方法采用疏水性多孔聚四氟乙烯（PTFE）防水透气膜作为气路界面，并采用浓氢氧化钾（KOH）溶液作为自阻尼电解质（SDE）。关键技术是在电解槽中加入自呼吸防水膜和 SDE。防水膜具有疏水性，因此具有防污能力，而微米尺度的气体扩散路径可实现较高的水迁移率。SDE 用于阻尼膜，并提供自驱动相变机制，确保 100% 的离子阻隔效率。

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海水无淡化原位直接电解制氢原理 [1]

由于海水和SDE之间的水蒸气压差，海水中的水通过液－气－液相转变机制自行穿过膜迁移到SDE。这种独特的水净化机制确保了高效率，并避免了因海水成分复杂而产生的副反应和腐蚀问题。
在实际应用条件下，演示系统以每平方厘米250mA的电流密度稳定运行了 3200多个小时，没有出现故障。按比例放大的SES制氢能力为386L/h，在 250 mA/cm 2 的条件下稳定运行超过3200小时，能耗低至5.0kWh Nm -3 的氢气。

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02. 海上风电

海上风电是一种利用海洋上的风力发电的技术。它通过在海洋上安装大型风力涡轮机，将风能转化为电能，产生的电力可以通过海底电缆传输到岸上。与陆地上的风力发电相比，海上风电技术具有更加稳定的风能来源和更高的能量密度，同时也避免了对陆地资源的占用和环境影响。因此，海上风电是一种前景广阔的可再生能源技术，可以为清洁能源转型提供重要支持。

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03. 风电+绿氢结合前景

将海上风电技术与海水电解制氢相结合是一种创新性的可再生能源解决方案，可以为清洁能源的生产和利用提供可持续而丰富的资源。海上风电技术可以利用海洋上的风力发电，产生稳定的电力来源，而海水电解则可以将海水中的水分子分解成氢气和氧气，提供一种可再生的清洁能源。

通过在海上平台或由海上风力涡轮机驱动的船舶上安装电解系统，海上风电技术与海水电解的结合可以实现。直接电解海水可以从海水中生产氢气，氢气可以储存并运输到岸上用于燃料电池或其他应用，从而为清洁能源转型提供更多选择。 石油圈原创，石油圈公号：oilsns
这种综合方案的优势在于，海上风电技术可以提供稳定而丰富的电力来源，为海水电解制氢提供可靠的电源。同时，海水电解可以利用海水这一充足的资源进行氢气生产，从而实现更加可持续的清洁能源生产。这种综合方案还可以避免对陆地资源的占用和环境影响，同时也有助于促进海洋经济的发展。
这种综合方案具有极高的实际应用潜力，有望为清洁能源生产提供一种前景广阔的解决方案。但需要注意的是，海上风电技术与海水电解制氢的结合还需要进一步研究和探索，以确定其可行性和潜在效益。

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04. 结论

海上风电技术与海水电解的结合有可能为清洁能源生产提供可持续的综合解决方案。文章中提出的直接海水电解方法可用于从海水中生产氢气，氢气可储存并运输到岸上用于燃料电池或其他应用。需要进一步研究以确定这种综合方法的可行性和潜在效益，但它有可能为清洁能源生产提供一种前景广阔的解决方案。

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参考文献

[1]Xie, H., Zhao, Z., Liu, T. et al. A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation. Nature 612, 673–678 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05379-5

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