突破制氢壁垒 · 释放海水潜力：制氢量或将飙升至3亿吨
20世纪70年代初，科学家们提出了海水直接电解制氢的构想。近半个世纪以来，国内外研究团队一直在进行相关研究。然而，可规模化的高效稳定海水直接电解制氢原理与技术进展仍不顺利。近日，这一构想得以实现，中国科学院大连化学物理研究所研究员们围绕近岸/离岸海上风电制氢的需求，研发出一项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。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，目前氢气产量可达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。实际上，相较淡水，海水成分非常复杂，至少含有约92种不同的化学元素，如钠、镁、钙、钾、氯等，这样的复杂成分暗藏着许多危险的“变化”，任何微小的“变化”都可能会对电解系统产生严重的损害。海水电解质氢遭遇的多重技术瓶颈与挑战也就不难理解。过去几十年中，全球各个国家均在积极开展海水电解制氢领域的研究。英国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。据悉，英国的这个Dolphyn项目总装机容量400万千瓦。德国AquaPrimus项目将风电场风机制造的氢气汇总后输送到海底，存储在专用的高压储罐中，通过海底管道输送至陆地终端。该项目计划2025年在黑尔戈兰岛外海两台14兆瓦的风机平台上各安装一个电解槽。日本利用海上风电+新建海上平台+电解设备的集中制氢模式，将风电场电能汇总至半潜制氢平台，生产的氢气压缩储存在半潜平台储气罐系统，通过穿梭油轮进行外输，该项目位于北海道海岸，计划2030年前实现商业化。该模式适用于离岸较远的风电场以及分散式制氢不经济的风电场，通过新建海上集中式制氢平台，减少电力传输损耗，集中制氢。荷兰Q13-a平台改装项目利用“海上风电+旧平台改装+电解设备”的模式，将北海海域的三种能源形式：海上风能、海上天然气和氢能有机统一到一起，目的是验证海上风电制氢的可行性，以及能源系统一体化运行情况。海上风电制氢就近利用即将退役的油气平台改造为制氢平台，并利用现有的油气管道输送氢气，从而降低成本。氢能被认为是未来能源结构体系的核心，其能量密度大、清洁、高效、无碳排放，是实现减碳最有效的能源替代产品之一。据估算，海上风电制氢到2060年产量或将达到3亿吨。目前全球由于海上风电等可再生能源难利用，弃风弃电多，加上海上电力输送成本高、损耗大，若是能利用海上可再生能源转化为氢能，将大幅降低输送成本，有望成为未来深远海可再生能源开发的破局关键。