科研人员构建一体化海水直接制氢新模式

6月21日，中国工程院院士、深圳大学深地科学与绿色能源研究院院长谢和平团队在《自然—通讯》发表最新研究。他们围绕真实大海中实现海水直接制氢面临的海水多场耦合复杂工况带来的波动性等难题，提出了抵抗真实大海不可控海洋波动环境的海水直接制氢新路径与技术。

通过研究不同海水组分浓度变化导致的界面蒸气压差差异，团队阐明了浓度动态变化下相变迁移过程的自调控自适应机制，揭示在不同海浪波形、波高、波宽条件下相变迁移过程规律与影响机制，表明在海浪一定程度冲击下，有利于防止界面浓度极化，从而提升相变传质效果。

研究人员建立了真实海浪波动下的相变迁移海水制氢理论模型，在实验室模拟海洋环境下实现了500小时以上的稳定性，未发生催化剂腐蚀、毒性和腐蚀性，充分验证了电解系统、防水透气层等核心关键部件在复杂环境下的耐受性与抵御能力，为在真实大海不可控波动环境下规模化海水直接电解制氢提供理论指导，并奠定产业化发展基础。

为验证相变迁移海水制氢技术在真实大海中的可行性，研发团队与东方电气集团联合设计研制了1.2 标准立方米每小时的海上可再生能源海水无淡化原位直接电解制氢漂浮平台，在福建省兴化湾3到8级大风、0.3到0.9米海浪干扰下，与海上风电直接对接，连续稳定运行10天，海水杂质离子阻隔率达99.99%以上，制氢纯度达到99.9%至99.99%，构建了与再生能源相结合的一体化海水直接制氢模式，有望打造全球海上可再生能源直接海水制氢新赛道。

全球首个海上风电海水无淡化原位直接电解制氢海试成功 科研团队供图

此前，谢和平团队在《自然》提出了海水原位直接电解制氢原理与技术，自主研制了每小时386 升氢气的原理样机，在海水中稳定制氢超3200小时，实现了把海水当纯水一样直接用于电解制氢。基于此，东方电气集团与谢和平团队研制了漂浮式海上制氢平台以及海上风电智慧稳定供电系统，实现了海上风电可再生能源和海水直接制氢的一体化技术。

该研究推动了海水无淡化原位直接电解制氢全新原理技术在产业化进程，构建“海上风电等可再生能源利用-海水资源利用-氢能生产”为一体的全新海洋绿氢产业体系，有望形成无淡化、无额外催化剂工程、无海水输运、无污染处理的无额外能耗原位海水直接电解制氢全新模式，将“海水资源”转化为“海水能源”。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-49639-6