Recentemente, um sistema de produção de hidrogênio por eletrólise de águas residuais associadas ao petróleo e gás de nível de 100 kW, desenvolvido em conjunto pelo Instituto de Pesquisa em Tecnologia de Segurança e Proteção Ambiental da China National Petroleum Corporation (Instituto de Shenzhen) e pelo Campo de Petróleo de Changqing, atingiu operação estável por mais de 60 dias no Campo de Gás de Sulige, o maior campo de gás integrado da China por reservas. Este avanço representa um salto crítico da pesquisa laboratorial para a aplicação de engenharia na utilização de recursos de cadeia completa de águas residuais de petróleo e gás para "redução da poluição e produção de hidrogênio" na China, fornecendo um caminho tecnológico inovador para a transformação verde da indústria de petróleo e gás e a utilização eficiente dos recursos hídricos.
Abordando os desafios da indústria de alta dificuldade e custo no tratamento de águas residuais com alta salinidade e alta carga orgânica poluente da extração de petróleo e gás, a equipe do Instituto de Shenzhen, após anos de pesquisa dedicada, estabeleceu um sistema teórico de catálise sinérgica bipolar e superou com sucesso o gargalo técnico da insuficiência da estabilidade do material do eletrodo em ambientes de alta salinidade e alta poluição. A equipe do projeto concluiu o desenvolvimento de cadeia completa desde um protótipo de engenharia de 20 kW até um sistema integrado de nível de 100 kW. O sistema é compatível com vários cenários de tratamento, incluindo água produzida, fluido de fraturamento, fluido de retorno e águas residuais de refino, possuindo também potencial de expansão para produção de hidrogênio a partir de água do mar e águas residuais municipais.
Este sistema inovador adota um projeto modular com eletrolisadores de configuração dupla atmosférica/pressurizada, formando uma rota técnica de "tratamento graduado - produção de hidrogênio sinérgica": o módulo do eletrolisador atmosférico quadrado, equipado com materiais de eletrodo auto-desenvolvidos de alta tolerância ao sal e resistência à poluição, pode alcançar simultaneamente a oxidação eletrocatalítica das águas residuais e a produção preliminar de hidrogênio verde; o módulo do tanque pressurizado utiliza água salina limpa de baixa concentração após tratamento profundo como matéria-prima para produzir hidrogênio de alta pureza. Até o momento, o sistema concluiu testes industriais com 5 tipos de fluidos de fraturamento e de retorno, e 6 tipos de água produzida de campo de gás, tratando cumulativamente 24 toneladas de águas residuais. A taxa máxima de produção de hidrogênio atingiu 40 Nm³/h, com a pureza do hidrogênio mantida de forma estável em 99,99％。 O consumo energético integral do sistema para produção de hidrogênio é controlado em 4,5 kWh/Nm³ H₂, um nível avançado na indústria。 De acordo com detecção de terceiros, a taxa de remoção de demanda química de oxigênio (COD） da água residual tratada atingiu 99％， alcançando um acoplamento eficiente entre a degradação profunda de poluentes e a produção de energia limpa。
Uma análise de viabilidade econômica mostra que, sob um custo de eletricidade verde de 0,3 yuans/kWh, o custo nivelado do hidrogênio para esta tecnologia é de aproximadamente 20,6 yuans/kg, representando uma redução de 25％ no custo integral em comparação com o modelo tradicional de "tratamento de águas residuais + produção separada de hidrogênio", lançando as bases para uma aplicação comercial em larga escala。 Como um projeto de demonstração para a implementação do princípio "Quatro Águas e Quatro Determinações" pela CNPC, a operação bem-sucedida deste sistema no Campo de Gás de Sulige não apenas fornece um suprimento de energia de hidrogênio limpo para o local do campo de gás, mas também resolve os duplos desafios de "tratamento difícil de águas residuais e suprimento energético limitado" em áreas de produção de petróleo e gás。
De acordo com o líder do projeto do Instituto de Shenzhen, o próximo passo é acelerar o desenvolvimento e a verificação de engenharia de um sistema de nível megawatt (MW）, com planos de concluir a construção de um projeto de demonstração de nível 3 MW até 2026。 Os objetivos são reduzir ainda mais o custo de tratamento por tonelada métrica de água residual em 15％ e diminuir o consumo energético para produção de hidrogênio para abaixo de 4,2 kWh/Nm³ H₂。 Espera-se que este caminho tecnológico seja replicado e promovido no futuro em grandes áreas de produção de petróleo e gás, como o Campo Petrolífero de Changqing e o Campo Petrolífero de Tarim。 Até 2030, projeta-se que ajudará os campos de petróleo e gás da PetroChina a reduzir a descarga de águas residuais em 12 milhões de toneladas por ano e a produzir mais de 50.000 toneladas de hidrogênio verde anualmente, equivalente a reduzir as emissões de dióxido de carbono em 650.000 toneladas por ano, fornecendo um importante suporte técnico para os objetivos de "duplo carbono" da indústria energética。
