近日，由大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室能源與環(huán)境小分子催化研究中心（509組群）鄧德會研究員和劉艷廷副研究員團隊圍繞近岸/離岸海上風(fēng)電制氫的需求，研發(fā)出一條以海水為原料制備氫氣聯(lián)產(chǎn)淡水的新技術(shù)，并依托該技術(shù)完成了25千瓦級裝置的測試驗證。
地球上約70%的面積被海水覆蓋，海水占地球總水量的97.5%。電解制氫需要大量水，因此可以說海洋是最大的“氫礦”，向大海要水成為未來氫能發(fā)展的重要方向。
然而，相較淡水，海水成分非常復(fù)雜，至少含有約92種不同的化學(xué)元素，如鈉、鎂、鈣、鉀、氯等，還含有大量微生物和懸浮顆粒，利用海水電解制氫會導(dǎo)致有害腐蝕性和毒性、催化劑失活、電解效率低甚至析氯反應(yīng)釋放有毒氯氣等諸多技術(shù)瓶頸與挑戰(zhàn)。過去幾十年中，全球各個國家均在積極開展海水電解制氫領(lǐng)域的研究?？傮w上，以海水為原料制氫形成了海水直接制氫和間接制氫兩種不同技術(shù)路線。
目前，海上風(fēng)電電解水制氫技術(shù)存在淡水資源緊缺、海水成分復(fù)雜等問題，亟需發(fā)展以海水為原料的綠氫制備新方法與新技術(shù)。
傳統(tǒng)堿性電解水制氫的電能利用率一般為65%至80%，未能利用的電能轉(zhuǎn)化為廢熱排放至環(huán)境中，造成了能源的嚴(yán)重浪費。在本工作中，項目團隊利用電解水產(chǎn)生的廢熱作為海水低溫制淡水熱源，建立了廢熱回收系統(tǒng)并與海水低溫淡化技術(shù)進行集成耦合。相比傳統(tǒng)淡水電解水制氫，省去了廢熱移除所必需的換熱器單元以及冷卻介質(zhì)，減少設(shè)備成本與能耗。
在此基礎(chǔ)上，團隊基于自主研發(fā)的鎧甲催化劑整體式電極，研制出25千瓦級海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水裝置。運行結(jié)果顯示，以海水為原料可實現(xiàn)高效電解水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水，氫氣產(chǎn)能可達3噸/年，氫氣純度≥99.999%，產(chǎn)生的淡水在滿足自身電解需求的基礎(chǔ)上，可額外聯(lián)產(chǎn)淡水6噸/年，淡水電導(dǎo)率≤20 μs/cm，鹽度≤0.04 ppt。同時，相比傳統(tǒng)淡水電解水制氫裝置，可將堿性電解水制氫系統(tǒng)的電能利用率提高10%以上，證明了海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)的可行性與先進性，有望為近岸/離岸海上風(fēng)電規(guī)?；茪涮峁┚邆浜诵母偁幜Φ募夹g(shù)支撐。
該工作得到國家自然科學(xué)基金、遼寧濱海實驗室、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項“功能納米系統(tǒng)的精準(zhǔn)構(gòu)筑原理與測量”等項目的資助。
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