全國首臺套熱耦合海水直接電解制氫裝置穩(wěn)定運行超500小時

在日照市嵐山區(qū)熱耦合海水電解制氫項目中試基地，一座看似尋常的裝置正悄然重塑能源格局——它不“喝”珍貴淡水，專“飲”蔚藍海水；不耗優(yōu)質(zhì)能源，只“吸”周邊鋼鐵、石化等企業(yè)排放的低品位余熱，便能高效穩(wěn)定地產(chǎn)出高純度綠色氫能。

12月6日，熱耦合海水直接電解制氫成果發(fā)布會在日照召開。記者從發(fā)布會上獲悉，嶗山實驗室聯(lián)合中廣核集團、山東師范大學(xué)與日照市嵐山區(qū)人民政府，共同推進“熱耦合海水直接電解制氫”關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范，成功研制出首臺套110千瓦級熱耦合海水直接電解制氫系統(tǒng)裝置，并實現(xiàn)超過500小時連續(xù)穩(wěn)定運行。標(biāo)志著我國在海水直接電解制氫這一全球戰(zhàn)略前沿技術(shù)領(lǐng)域，取得了從實驗室邁向工程化應(yīng)用的關(guān)鍵突破。

“海水中的鈣鎂沉積易堵塞電極、高濃度氯離子腐蝕電解設(shè)備和催化材料，這是業(yè)內(nèi)公認的海水制氫‘致命傷’。這套裝置成功破解了傳統(tǒng)綠氫必須依賴高純淡水的‘死結(jié)’，為未來海水制氫和其他電解水制氫工藝提供了更高效、低成本的解決方案。”嶗山實驗室高級工程師秦建光介紹，“熱耦合海水直接電解制氫”項目，通過研發(fā)關(guān)鍵耐腐蝕催化劑與適配海水的動態(tài)調(diào)控技術(shù)，有效抑制氯離子對電解設(shè)備及催化材料的腐蝕。同時，裝置同步利用電解系統(tǒng)低品位廢熱，耦合篩分系統(tǒng)聯(lián)產(chǎn)高品質(zhì)淡水，省去了傳統(tǒng)電解裝置的廢熱冷卻單元，整體降低了設(shè)備投資和能耗。這意味著無需復(fù)雜預(yù)處理，即可直接利用天然海水連續(xù)產(chǎn)氫，大幅降低制氫成本與工程復(fù)雜度。

“500小時運行，各項指標(biāo)平穩(wěn)，證明我們真正邁過了工程化門檻?！睄魃綄嶒炇腋毖芯繂T于強補充說。

數(shù)據(jù)直觀印證了這項技術(shù)的領(lǐng)先性：滿負荷工況下，該裝置每小時可產(chǎn)出22標(biāo)準(zhǔn)立方米的高純氫氣，氫氣純度≥99.999%，電解小室平均電壓低至1.74伏，生產(chǎn)每標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣的直流電耗僅為4.2千瓦時。據(jù)測算，該裝置每年可處理海水約800噸，年產(chǎn)高純氫氣達19.2萬標(biāo)準(zhǔn)立方米，可供100輛氫能公交車行駛3840公里，相當(dāng)于減少二氧化碳排放約170噸。與傳統(tǒng)淡水電解制氫裝置相比，其電能利用率提升20%以上，綜合經(jīng)濟效益和社會效益突出。

更具創(chuàng)新性的是其“吃干榨凈” 的資源利用新模式?！昂Ｋ凸I(yè)余熱進去，三種寶貝出來！”秦建光介紹，除清潔氫能外，該裝置能聯(lián)產(chǎn)鹽度極低的450噸高品質(zhì)淡水（鹽度低于5ppm），可用于工業(yè)冷卻或生活用水，成本約2元/噸，較傳統(tǒng)反滲透（約6元/噸）和多級閃蒸/多效蒸發(fā)（約12元/噸）工藝分別降低66.7%和83.3%；同時副產(chǎn)350噸富含礦物質(zhì)的高附加值濃海水，為新型海洋化工提供高附加值的原料，真正實現(xiàn)“一進三出、吃干榨凈”。

“它驗證了一條與我國沿海工業(yè)布局深度契合的零碳氫能供給新范式。”嶗山實驗室助理研究員李嘉偉解讀，我國擁有漫長的海岸線和龐大的臨港工業(yè)體系，該項目成功將臨港工業(yè)余熱“變廢為寶”，為沿海地區(qū)構(gòu)建“就地捕集余熱、就地獲取海水、就地生產(chǎn)綠氫”的分布式能源網(wǎng)絡(luò)提供了堅實的技術(shù)裝備支撐。對日照這樣的港口工業(yè)城市而言，這既是減碳利器，更是綠色轉(zhuǎn)型的新引擎。

“500小時是起點，不是終點?！表椖繄F隊負責(zé)人、中國科學(xué)院院士、嶗山實驗室海洋戰(zhàn)略資源研究部部長唐波透露，接下來，團隊將依托臨港產(chǎn)業(yè)多元化應(yīng)用場景，持續(xù)深化技術(shù)迭代、系統(tǒng)優(yōu)化與放大，加快裝備規(guī)模化、工程化和系統(tǒng)智能化應(yīng)用，為推動鋼鐵、石化等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向新質(zhì)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、提升能源自主保障能力注入更強動能。