两个重大突破！海水制氢联产淡水新技术研发成功 新型太阳能制氢技术效率高达40%
近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邓德会和副研究员刘艳廷团队围绕近岸/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。氢气产能达3吨/年，氢气纯度≥99.999%。此外，美国麻省理工学院（MIT）团队于近日设计出了更高效的太阳能热化学制氢技术（STCH）系统，可利用40%的太阳热量，直接分解水并产生氢气。
01、大连化物所研发出海水制氢联产淡水新技术
近日，中国科学院大连化物所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究中心围绕近岸/离岸海上风电制氢需求，研发出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。
项目团队利用电解水产生的废热作为海水低温制淡水热源，建立了废热回收系统并与海水低温淡化技术进行集成耦合。
相比传统淡水电解水制氢，省去了废热移除所必需的换热器单元以及冷却介质，减少设备成本与能耗。在此基础上，团队基于自主研发的铠甲催化剂整体式电极，研制出25千瓦级海水制氢联产淡水装置。
运行结果显示，氢气产能达3吨/年，氢气纯度≥99.999%，所产淡水在满足电解需求基础上，可额外联产淡水6吨/年，淡水电导率≤20 微西/厘米，盐度≤0.04微克/毫升，相比传统淡水电解水制氢装置，碱性电解水制氢系统电能利用率提高10%以上。
该工作得到国家自然科学基金、辽宁滨海实验室、中国科学院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”等项目的资助。
近年来，我国海上风电装机量持续大幅增加。截至2022年，我国海上风电累计装机容量已突破3000万千瓦，约占全球的54%，近岸/离岸海上风电就地消纳问题日益凸显。地球上约70%的面积被海水覆盖，海水占地球总水量的97.5%。
电解制氢需要大量水，因此可以说海洋是最大的“氢矿”，向大海要水成为未来氢能发展的重要方向。发展基于海上风电的电解水制氢技术对解决海上风电就地消纳和能源短缺问题，实现“双碳”目标具有重要意义。
然而，海上风电电解水制氢技术目前存在淡水资源紧缺、海水成分复杂等问题，亟需发展以海水为原料的绿氢制备新方法与新技术。目前，全球各个国家均在积极开展海水电解制氢领域的研究。
02、麻省理工: 新型太阳能制氢技术效率将达40%
氢气主要是通过天然气、煤炭和其他化石燃料生产的。相比之下，太阳能热化学制氢技术（STCH）提供了一种完全零排放的替代方案，因为它完全依靠可再生太阳能驱动氢气生产，得到的是没有二氧化碳排放的“绿氢”，同时在这个过程中不会排放温室气体。
但现有STCH的效率有限，只有约7%的入射阳光用于制造氢气，迄今为止的结果是氢的产量低，而成本高。
美国麻省理工学院（MIT）团队迈出了实现太阳能制氢的重要一步，近日，MIT工程师设计出了更高效的STCH系统，可利用40%的太阳热量，直接分解水并产生氢气。
新技术可以提高效率并降低系统总成本，使STCH成为潜在可扩展、经济实惠的选择，有助于减少运输业的碳排放。
新系统的核心是两步热化学反应：首先让金属接触水蒸气，使其从蒸汽中吸收氧气，留下氢气。一旦分离出氢气，氧化的金属就会在真空中重新加热，逆转生锈过程并使金属“再生”。去除氧气后，金属可被冷却并再次暴露在蒸汽中，产生更多氢气，这个过程可重复数百次。
图源：Gessey
该系统将与现有太阳能热源协同工作。这些太阳能热源包括由数百个镜子组成的聚光太阳能发电厂，其能收集阳光并反射到中央接收塔，STCH系统随后会吸收接收器的热量，并引导其用于分解水产生氢气。
这个过程与电解水生产氢气过程大相径庭，后者使用电而非热来分解水。
研究人员对概念设计进行了详细的模拟，发现它将显著提高太阳能热化学制氢的效率，从之前设计的7%提高到40%。
研究团队指出，利用太阳能量效率的提高有望降低系统的总成本，其最终目标是用一种完全由太阳能驱动的新型反应堆系统生产完全绿色、无碳的氢燃料。
在接下来的一年中，该团队将建造该系统的原型，并计划在美国能源部实验室的集中式太阳能发电厂中进行测试，该项目获得政府资助。
