Récemment， un système de production d'hydrogène par électrolyse des eaux usées associées au pétrole et au gaz de niveau １００ kW， co－développé par l'Institut de recherche sur les technologies de sécurité et de protection de l'environnement de la China National Petroleum Corporation （Institut de Shenzhen） et le champ pétrolifère de Changqing， a atteint une opération stable pendant plus de ６０ jours dans le champ gazier de Sulige， le plus grand champ gazier intégré de Chine par les réserves。 Cette percée marque un saut critique de la recherche en laboratoire à l'application technique dans l'utilisation des ressources en chaîne complète des eaux usées pétrolières et gazières pour la « réduction de la pollution et la production d'hydrogène » en Chine， offrant une voie technologique innovante pour la transformation verte de l'industrie pétrolière et gazière et l'utilisation efficace des ressources en eau。
Pour répondre aux défis industriels de difficulté et de coût élevés dans le traitement des eaux usées à haute salinité et à forte charge organique issues de l'extraction pétrolière et gazière， l'équipe de l'Institut de Shenzhen， après des années de recherche dédiée， a établi un système théorique de catalyse synergique bipolaire et a surmonté avec succès le goulot d'étranglement technique de la stabilité insuffisante des matériaux d'électrode dans des environnements à haute salinité et forte pollution。 L'équipe du projet a achevé le développement en chaîne complète d'un prototype technique de ２０ kW à un système intégré de niveau １００ kW。 Le système est compatible avec divers scénarios de traitement， incluant les eaux de production， les fluides de fracturation， les fluides de retour et les eaux usées de raffinage， tout en ayant le potentiel de s'étendre à la production d'hydrogène à partir d'eau de mer et d'eaux usées municipales。
Ce système adopte de manière innovante une conception modulaire avec des électrolyseurs à double configuration atmosphérique／pressurisée， formant une route technique de « traitement gradué － production synergique d'hydrogène » ： le module d'électrolyseur carré atmosphérique， équipé de matériaux d'électrode auto－développés hautement tolérants au sel et résistants à la pollution， peut simultanément réaliser l'oxydation électrocatalytique des eaux usées et la production préliminaire d'hydrogène vert； le module de réservoir pressurisé utilise de l'eau saline propre à faible concentration après traitement profond comme matière première pour produire de l'hydrogène de haute pureté。 À ce jour， le système a terminé des essais industriels avec ５ types de fluides de fracturation et de retour， et ６ types d'eaux de production de champ gazier， traitant cumulativement ２４ tonnes d'eaux usées。Le taux maximal de production d'hydrogène a atteint 40 Nm³/h, avec une pureté de l'hydrogène maintenue stablement à 99,99 %. La consommation énergétique globale du système pour la production d'hydrogène est maîtrisée à 4,5 kWh/Nm³ H₂, un niveau avancé dans l'industrie. Selon des détections tierces, le taux d'élimination de la demande chimique en oxygène (DCO) des eaux usées traitées a atteint 99 %, réalisant un couplage efficace entre la dégradation profonde des polluants et la production d'énergie propre.
Une analyse de faisabilité économique montre qu'avec un coût de l'électricité verte de 0,3 yuan/kWh, le coût nivelé de l'hydrogène pour cette technologie est d'environ 20,6 yuan/kg, représentant une réduction de 25 % du coût global par rapport au modèle traditionnel de « traitement des eaux usées + production séparée d'hydrogène », jetant ainsi les bases d'une application commerciale à grande échelle. En tant que projet de démonstration pour la mise en œuvre par CNPC du principe des « Quatre Eaux et Quatre Déterminations », le fonctionnement réussi de ce système dans le champ gazier de Sulige fournit non seulement un approvisionnement en hydrogène propre pour le site du champ gazier, mais résout également le double défi du « traitement difficile des eaux usées et de l'approvisionnement énergétique tendu » dans les zones de production pétrolière et gazière.
Selon le chef de projet de l'Institut de Shenzhen, la prochaine étape consiste à accélérer le développement et la vérification technique d'un système de niveau mégawatt (MW), avec pour objectif de terminer la construction d'un projet de démonstration de 3 MW d'ici 2026. Les objectifs sont de réduire encore le coût de traitement par tonne d'eaux usées de 15 % et d'abaisser la consommation énergétique de production d'hydrogène en dessous de 4,2 kWh/Nm³ H₂. Cette voie technologique devrait être reproduite et promue à l'avenir dans les grandes zones de production pétrolière et gazière telles que le champ pétrolifère de Changqing et le champ pétrolifère de Tarim. D'ici 2030, il est prévu qu'elle aide les champs pétroliers et gaziers de PetroChina à réduire les rejets d'eaux usées de 12 millions de tonnes par an et à produire plus de 50 000 tonnes d'hydrogène vert annuellement, équivalant à une réduction des émissions de dioxyde de carbone de 650 000 tonnes par an, fournissant ainsi un soutien technique important pour les objectifs « double carbone » de l'industrie énergétique.
