1. Технологический прорыв: Китай открывает новую парадигму в прямом электролизе морской воды
Недавно в Университете Шэньчжэня успешно прошло стартовое совещание по проекту Ключевой программы НИОКР провинции Гуандун «Технология и системное оборудование для производства водорода методом электролиза морской воды без опреснения с разделенными модулями» в категории «Новые виды накопления энергии и новая энергетика». Проект сосредоточится на разработке ключевых технологий и оборудования для высокоэффективного, совместимого и стабильного прямого производства водорода из морской воды. Цель — создать первую в мире систему электролиза морской воды без опреснения производительностью 110 Нм³/ч, установив путь развития от лаборатории к заводу и став пионером в области морского зеленого водорода.
Прогноз МЭА по мировой энергетике на 2024 год предсказывает, что глобальный спрос на нефть достигнет пика к 2030 году, в то время как применение водорода в судоходстве и авиации может ускорить снижение спроса на нефть.
2. Глобальное развертывание технологий и прогресс проектов в основных странах
1. Европа:Демонстрации технологии AEM и масштабирования оффшорной ветроэнергетики
Проект SEA4VOLT ЕС разрабатывает электролизеры с анионообменной мембраной (AEM) для прямого электролиза морской воды без предварительной обработки, используя катализаторы из неблагородных металлов и безфторные мембраны для снижения стоимости зеленого водорода. Проект NortH2 в Германии планирует построить систему «ветер-водород» мощностью 10 ГВт к 2040 году, производя 1 млн тонн зеленого водорода в год, с запуском пилотного подпроекта AquaPrimus мощностью 28 МВт в 2025 году. Голландский проект PosHYdon сочетает оффшорную ветроэнергетику с опреснением для производства водорода (13 000 тонн/год), хотя и с дорогостоящей предварительной обработкой.
2. США:Исследование солеустойчивых материалов и масштабируемых применений
Исследования в США сосредоточены на стойких к хлору материалах электродов и мембранных технологиях. Команда Университета Хьюстона предложила в Nature Reviews повысить стабильность катализаторов через защитные слои и легирование гетероатомами, а также исследует гибридный электролиз (например, окисление органики вместо выделения кислорода) для снижения побочных реакций. Компании, такие как Bloom Energy, тестируют работу твердооксидных электролизеров (SOEC) в условиях высокой солености, хотя коммерциализация пока идет медленно.
3. Япония:Стратегия водорода, стимулирующая интеграцию технологий
Японский Закон о продвижении водородного общества инвестирует 15 трлн иен в водородные цепочки поставок, сотрудничая с Siemens Energy в области PEM-электролиза, хотя проекты с морской водой по-прежнему в основном используют предварительную опреснительную обработку. Проект JIDAI направлен на создание плавучей оффшорной водородной платформы в Хоккайдо к 2030 году, объединяя производство на основе ветра с хранением/транспортировкой жидкого водорода, ориентируясь на стоимость 20 иен/Нм³ (~1,3 юаня/м³).
4. Австралия и Сингапур: Международное сотрудничество в области новых технологий производства водорода
Проект «Солнечно-термально-плазменное расщепление морской воды для производства водорода», совместная разработка Австралии и Национального университета Сингапура, получил финансирование от австралийского правительства. Он использует синергетические эффекты фототермических процессов для повышения эффективности производства водорода, стремясь снизить зависимость от драгоценных металлических катализаторов. Благодаря интеграции плазменных резонаторов и наноматериалов, эта технология обещает достижение низкозатратного производства водорода в оффшорных зонах.
III. Технические пути и сравнение затрат
Глобальное производство водорода из морской воды в основном следует двум основным техническим направлениям:
1. Прямой электролиз морской воды: Представленный технологией, разработанной командой Се Хэпина из Китая, этот метод не требует предварительной обработки и обладает значительными преимуществами по стоимости. При снижении цен на оффшорную ветровую электроэнергию ниже $0,11/кВт·ч, себестоимость производства водорода может быть снижена до $15,89/кг. К 2030 году затраты Китая прогнозируются ниже $15/кг, достигая конкурентоспособного порога с серым водородом.
2. Опреснение с последующим электролизом: Хотя и зрелый, этот подход влечет более высокие затраты. Голландский проект PosHYdon обеспечивает водород примерно по $3,5/кг, тогда как немецкий проект TractebelOverdick, использующий обратный осмос для опреснения, сообщает о затратах около $4/кг.
IV. Проблемы и перспективы
1. Текущие технические проблемы
Долговечность материалов: Требуется оптимизация для борьбы с коррозией Cl⁻ и осаждением Ca²⁺/Mg²⁺ при длительной эксплуатации. Китайским командам удалось контролировать скорость коррозии на уровне 0,01 мм/год благодаря технологии покрытия биполярных пластин.
Оптимизация затрат: Стоимость зелёной электроэнергии должна снизиться ниже $0,2/кВт·ч для обеспечения крупномасштабной коммерциализации. Китай постепенно приближается к этой цели за счёт интеграции фотоэлектрических систем с накопителями энергии и локализации оборудования.
Стандарты и безопасность: Международная организация по стандартизации (ISO) разрабатывает нормы безопасности для морских платформ по производству водорода. Ожидается, что китайские «Технические требования к системам электролиза морской воды для производства водорода» будут выпущены к 2026 году.
2. Тенденции будущего развития
Расширение применения: Зелёный водород будет интегрирован с химической продукцией, такой как синтетический аммиак и метанол, формируя полную цепочку «производство-хранение-использование».
Международное сотрудничество: Трансграничные проекты ускорят трансфер технологий и взаимное признание стандартов.
Технология производства водорода из морской воды переходит из лабораторий в промышленность, а прорывы Китая предлагают «китайское решение» для глобального энергоперехода. Постоянные инновации в материалах и поддержка политики позволят сделать водород из морской воды основной технологией поставок зелёного водорода после 2030 года, преобразуя глобальный энергетический ландшафт.
