中國科學家研發 250 千瓦海水電解系統 同時生產氫氣與淡水

中國科學家研發出一套功率為 250 千瓦的系統，能夠從海水中生產氫氣及淡水，同時回收珍貴的海洋資源。根據一項新研究，該裝置的電力使用效率比傳統的鹼性水電解提高了 14.4%。此項研究由中國科學院大連化學物理研究所的鄧德輝及劉彥廷領導，旨在解決海水氫氣生產過程中的主要問題。研究人員將電解與脫鹽過程結合，使得在氫氣生產過程中通常會浪費的熱量能夠被重複利用。

使用可再生電力製造的氫氣正在被探索作為一種更清潔的能源來源。海水的使用可以提供豐富的水源，但直接進行海水電解會引發多個技術問題。海水中的氯離子在陽極處可能會反應並腐蝕電極，而鈣和鎂離子則可能在陰極上形成礦物沉積，隨時間減低其性能。第二種方法則是先從海水中去除鹽分，然後使用所產生的淡水進行電解。反滲透和蒸餾可以產生合適的水源，但脫鹽會增加設備需求並提高電力需求。

電解與脫鹽技術結合

研究人員基於這一方法，尋找回收過程中通常會損失的能量的方案。商業電解系統的運行溫度約為 176 至 194 華氏度（80 至 90 攝氏度）。在這些溫度下，約 30% 的電力可能轉變為低品質的廢熱。研究人員將電解槽與脫鹽單元相連，以捕獲這些熱量。廢熱被導入真空蒸餾塔，幫助海水在僅 104 至 122 華氏度（40 至 50 攝氏度）下煮沸和蒸發，所產生的蒸氣則被冷凝成淡水。

中國科學院表示，該系統能夠生產足夠的水供應電解槽，同時留下額外的淡水可用。濃縮的海水也可以進一步處理，以回收鹽、鈾、溴及其他海洋資源。

系統性能與產量

這項研究建立在團隊於 2023 年開發的 25 千瓦單元之上。該系統使用相同的脫鹽技術，並獲得中國石油和化學工業聯合會的國際領先評價。研究人員現已將設計擴展至 250 千瓦，這一較大型的設施每年可生產 380,000 標準立方米（約 1,340 萬標準立方英尺）的氫氣，氫氣純度高達 99.99%。該設施每年亦可生產 256 公噸（約 282 美國噸）的淡水。

在測試期間，系統在每日啟動和停止的情況下運行了 40 天，且性能無明顯下降。

研究發現，該綜合系統的電力利用效率比傳統鹼性水電解提高了 14.4%。研究人員亦指出，該系統的競爭力可能高於傳統的海水脫鹽後再進行電解。當來自陸上風能的電價為每千瓦時 HK$0.033 時，氫氣生產成本預計為每千克 US$2.10 (約 HK$16)；而當太陽能電力成本為每千瓦時 HK$0.049 時，成本則上升至每千克 US$2.90 (約 HK$22)。

這些數據與目前氫氣銷售價格約為每千克 US$3.90 (約 HK$30) 進行了比較。鄧德輝表示，未來的工作應該專注於更好的催化劑、改進電解槽廢熱的回收，以及基於人工智能的運行參數優化，以進一步提高系統效率。該研究已發表於《自然能源》期刊。

項目	規格
功率	250 千瓦
氫氣年產量	380,000 標準立方米
淡水年產量	256 公噸
氫氣純度	99.99%

海水電解技術的突破與挑戰

中國科學家研發的250千瓦海水電解系統，展示了結合電解與脫鹽技術的潛力，能有效利用海水資源生產氫氣及淡水。這項技術不僅提高了電力使用效率，還能回收海洋資源，對於解決能源與水資源短缺問題具有重要意義。然而，海水電解仍面臨技術挑戰，如氯離子腐蝕及礦物沉積等問題。未來的研究需集中於改進催化劑及優化系統運行，以進一步提升其商業競爭力。