谢和平: 海水直接制氢海试已成功，能耗等同于淡水制氢

由于淡水资源紧缺，向大海要水是未来氢能发展的重要方向。但复杂的海水成分（约92种化学元素）导致海水制氢面临诸多难题与挑战，先淡化后制氢工艺流程复杂且成本高昂。

2022年11月30日，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》发表论文，以分子扩散、界面相平衡等物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。

该技术彻底隔绝了海水离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢，即可在海水里原位直接电解制氢。同时，团队研制了全球首套400升/小时海水原位直接电解制氢技术与装备。

论文发表后，在全球范围内引发了一番震动，该技术也入选国家科技部组织评选的“2022年度中国科学十大进展”。

在2023年9月10日举办的中国碳中和能源高峰论坛暨第三届中国国际新型储能技术及工程应用大会上，谢和平透露，就在去年该论文发表的20天后，去年12月16日，团队与东方电气集团签署合作协议。东方电气投入3000万元专项经费，获得四方共享原创技术专利及相关资料的知识产权，并组建联盟进行海水直接电解制氢技术的海上中试及工程示范和产业化。

“论文发表后，国际市场对该原理技术广泛关注，国际许多企业希望购买我们的制氢装置，但是要求我们提供技术图纸、操作参数和详细技术方案。但我们认为应该将该原创技术的知识产权掌握在中国人自己手中，我们应率先中试、率先工程示范/产业化、率先形成产业链，也促使我想要尽快实现海试的梦想。”谢和平说。

谢和平介绍，为适应海洋不可控台风浪，团队建立了基于全新原理的拓展模型及调控系统，与东方电气集团联合设计了漂浮式海水制氢平台，今年5月，团队在福建省福清市兴化湾进行的1.2 Nm3/h海水原位直接电解制氢成功海试，打造了全球首个海上风电海水直接电解制氢技术示范工程。

“这是首次海水直接制氢全新原理技术与海上绿电对接，成功进行了真实海洋环境的现场验证，实现了在3-8级大风、0.3-0.9米海浪强干扰下，以1.2Nm3 H2/h规模、5kWh/Nm3 H2电解能耗，连续稳定运行10天，与实验室效果类似。”谢和平说。

2023年7月6日在中国工程院召开的 “我国原创海上风电无淡化海水直接制氢原理技术”规模化、产业化战略咨询研讨会中，与会院士对此次海试结果予以肯定。

谈到外界尤为关注的成本方面，在此次大会演讲中，谢和平表示，由于海水直接制氢可直接对接海上风电等可再生能源，无海水淡化过程，无额外催化剂工程，无海水泵送输运过程，无海水污染处理过程，无海水制氢设备平台，因此未来极具经济潜力。

若按照“海水直接制氢成本=电价×单位电耗+(每年折旧+每年运维)/每年制氢总量”这一公式计算，以海上风电上网电价0.2元—0.3元/度电计算，海水直接制氢的单位质量氢气成本为0.219元/Nm3+0.2元/Nm3+(1-1.5)元/Nm3=1.419-1.919元/Nm3 = 15.89—21.49元/kg。

跟陆地淡水制氢成本相比，海水直接电解水直接制氢成本与前者相当（无占地面积等设施和污染物处理成本）。

未来进一步降本来自于两方面——海水直接电解水直接制氢能耗的降低和海上风电价格的降低。据谢和平测算，以目前海水直接电解电耗5kWh/Nm3氢气进行估算，在电价低于0.09元/度时，综合成本有望低于0.87元/ Nm3氢气(煤制灰氢成本下限)。目前团队已攻关第二代技术，使得技术能耗降到4.5kWh/Nm3，随着电解制氢能耗降低到4.0 kWh/Nm3时，在电价低于0.11元/度时，海水直接电极制氢成本将低于0.87元/Nm3(煤制灰氢的极限低价)。

另其测算，当海上风电电价低于0.23元/度时，海水制氢成本与煤制氢+CCUS相比具有竞争优势；当电价低于0.15元/度时，海水制氢与煤制灰氢相当；当电价低于0.11元/度时，海水制氢成本将完全低于煤制灰氢成本。

“这将改变世界能源格局。”谢和平说。

对未来技术产业化的思考

在谈到未来的技术和产业化趋势的思考时，谢和平表示，一方面，团队将对原理技术迭代升级。这包括全新原理对碱性电解槽（AWE）升级，以及全新原理对酸性质子膜电解槽（PEM）升级。

另一方面，团队还将对制氢平台技术迭代升级，包括建立漂浮式海水直接制氢平台技术（大中型）、固定式海水直接制氢平台技术、动力式海水直接制氢船技术(大吨位)。

而在产业链上下游产业链打造方面，谢和平指出了三条路径。第一条是与上海交通大学丁文江团队合作，打造“海水制氢+镁基固、储、运、用技术” 产业链。

其次，其团队将与国家能源氢能及氨氢融合新能源技术重点实验室的张清杰院士团队合作，打造“海水制氢+氢氨一体化”技术产业链，即直接使用海水制氢，同时就地转化为已储运的氨燃料，通过氨运输船（已有）或氨燃料船舶（未来）完成氨的运输/消纳，实现海上可再生能源驱动的无碳排放氢—氨循环，氨氢融合(以氨载氢、氨氢并用)。

再次，未来也可打造“海水制氢+绿色甲醇一体化”技术产业链，即直接使用海水制氢，并通过空气捕获二氧化碳，就地转化为甲醇燃料，通过海上现有的油气管道或甲醇动力船舶或甲醇运输船完成绿色甲醇的运输/消纳，实现对海上可再生能源驱动的负碳“氢→绿色甲醇”转化，为燃料动力车、合成纤维、塑料、农药、燃料、合成蛋白等提供重要载体。

除了这三条路径，团队还将继续在海水直接制氢个性化装备制造全新产业链上发力，研发攻关个性化的海上风机等可再生能源技术及对接大规模的“固定式”、“动力式”与“漂浮式”海水直接制氢运行平台全新技术装备，力争引领全球“海洋绿氢”产业链。

谢和平的雄心壮志还不止如此，在演讲的最后，其更提出了“提供一个海湾来建成大规模研发与中试示范基地”的设想。据谢和平介绍，2023年7月20日，其团队已经与泉州市委代表见面，协商落地泉州产业化事宜。