全球首個(gè)海上風(fēng)電海水無淡化原位直接電解制氫海試成功。科研團(tuán)隊(duì)供圖

本報(bào)訊(記者刁雯蕙、陳歡歡)海水直接制氫面臨海水多場耦合復(fù)雜工況帶來的波動(dòng)性等難題，對(duì)此，中國工程院院士、深圳大學(xué)深地科學(xué)與綠色能源研究院院長謝和平團(tuán)隊(duì)提出抵抗真實(shí)大海不可控海洋波動(dòng)環(huán)境的海水直接制氫新路徑與技術(shù)。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然-通訊》。

通過研究不同海水組分濃度變化導(dǎo)致的界面蒸汽壓差差異，該團(tuán)隊(duì)闡明了濃度動(dòng)態(tài)變化下相變遷移過程的自調(diào)控自適應(yīng)機(jī)制，揭示了在不同海浪波形、波高、波寬條件下相變遷移過程的規(guī)律與影響機(jī)制。研究表明，海浪一定程度的沖擊有利于防止界面濃度極化，從而提升相變傳質(zhì)效果。

研究人員建立了真實(shí)海浪波動(dòng)下的相變遷移海水制氫理論模型，并在實(shí)驗(yàn)室模擬的海洋環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了500小時(shí)以上的穩(wěn)定性，且未發(fā)生催化劑腐蝕等，充分驗(yàn)證了電解系統(tǒng)、防水透氣層等核心關(guān)鍵部件在復(fù)雜環(huán)境下的耐受性與抵御力，為在真實(shí)大海不可控波動(dòng)環(huán)境下規(guī)模化海水直接電解制氫提供理論指導(dǎo)，并奠定產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基礎(chǔ)。

為驗(yàn)證相變遷移海水制氫技術(shù)在真實(shí)大海中的可行性，謝和平團(tuán)隊(duì)與東方電氣集團(tuán)聯(lián)合設(shè)計(jì)研制了1.2標(biāo)準(zhǔn)立方米每小時(shí)的海上可再生能源海水無淡化原位直接電解制氫漂浮平臺(tái)。該平臺(tái)在福建省興化灣3到8級(jí)大風(fēng)、0.3到0.9米海浪干擾下，與海上風(fēng)電直接對(duì)接，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行10天，海水雜質(zhì)離子阻隔率達(dá)99.99%以上，制氫純度達(dá)到99.9%至99.99%。

該研究推動(dòng)了海水無淡化原位直接電解制氫全新原理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，構(gòu)建了“海上風(fēng)電等可再生能源利用-海水資源利用-氫能生產(chǎn)”為一體的全新海洋綠氫產(chǎn)業(yè)體系，有望形成無淡化、無額外催化劑工程、無海水輸運(yùn)、無污染處理的無額外能耗原位海水直接電解制氫全新模式，將“海水資源”轉(zhuǎn)化為“海水能源”。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-49639-6