Производство водорода из морской воды входит в «китайское время»: технология электролиза без опреснения открывает новую парадигму

1. Технологический прорыв: Китай стал пионером новой парадигмы прямого электролиза морской воды

Недавно в Шэньчжэньском университете успешно прошло стартовое совещание по проекту ключевой программы исследований и разработок провинции Гуандун «Раздельно-модульный электролиз морской воды без опреснения для технологии и системного оборудования для производства водорода» в категории «Новые типы хранения энергии и новая энергетика». Проект будет сосредоточен на разработке основных технологий и оборудования для высокоэффективного, совместимого и стабильного прямого производства водорода из морской воды. Цель проекта – создание первой в мире системы электролиза морской воды производительностью 110 нм³/ч без опреснения, что позволит проложить путь от лабораторного до промышленного производства и стать пионером в области производства экологически чистого водорода из морской воды.

В докладе МЭА «Перспективы развития мировой энергетики на 2024 год» прогнозируется, что мировой спрос на нефть достигнет пика к 2030 году, а применение водорода в судоходстве и авиации может ускорить снижение спроса на нефть.

2. Глобальное внедрение технологий и прогресс проектов в основных странах

1. Европа: демонстрация технологий AEM и масштабирования морской ветроэнергетики

В рамках проекта ЕС SEA4VOLT разрабатываются электролизеры с анионообменными мембранами (АЭМ), предназначенные для прямого электролиза морской воды без предварительной обработки, с использованием катализаторов на основе недрагоценных металлов и мембран без фтора для снижения затрат на «зелёный» водород. В рамках немецкого проекта NortH2 планируется построить к 2040 году систему морской ветроэнергетики мощностью 10 ГВт, которая будет производить 1 млн тонн «зелёного» водорода в год. В рамках подпроекта AquaPrimus пилотная установка мощностью 28 МВт будет запущена в 2025 году. Голландский проект PosHYdon сочетает морскую ветроэнергетику с опреснением воды для производства водорода (13 000 тонн в год), но при этом требуется дорогостоящая предварительная обработка.

2. США: исследование солеустойчивых материалов и масштабируемых приложений

Исследования в США сосредоточены на хлоростойких электродных материалах и мембранных технологиях. Группа исследователей из Хьюстонского университета в журнале Nature Reviews предложила повысить стабильность катализаторов с помощью защитных слоёв и легирования гетероатомами, одновременно исследуя гибридный электролиз (например, окисление органических веществ вместо выделения кислорода) для снижения побочных реакций. Такие компании, как Bloom Energy, тестируют работу твердооксидных электролизеров (SOEC) в условиях высокой солёности, хотя коммерциализация пока идёт медленно.

3. Япония: водородная стратегия, стимулирующая интеграцию технологий

Японский закон о содействии развитию водородного общества инвестирует 15 трлн иен в цепочки поставок водорода, сотрудничая с Siemens Energy в области электролиза методом протонной электронов (ПЭМ), хотя проекты по использованию морской воды по-прежнему в основном используют предварительную очистку. Проект JIDAI предусматривает строительство плавучей морской водородной платформы на Хоккайдо к 2030 году, сочетающей производство водорода с использованием ветроэнергетики, хранение и транспортировку жидкого водорода. Целевая себестоимость составит 20 иен/Нм³ (~1,3 юаня/м³).

4. Австралия и Сингапур: международное сотрудничество в области новых технологий производства водорода

Проект «Разделение морской воды с помощью солнечной термальной плазмы для производства водорода», реализуемый совместно Австралией и Национальным университетом Сингапура, получил финансирование от австралийского правительства. Он использует синергетический эффект фототермических процессов для повышения эффективности производства водорода, стремясь снизить зависимость от катализаторов на основе драгоценных металлов. Благодаря интеграции плазменных резонаторов и наноматериалов эта технология открывает перспективы для низкозатратного производства водорода в морских акваториях.

III. Технические пути и сравнение затрат

Производство водорода на основе морской воды в мире осуществляется в основном по двум основным техническим маршрутам:

1. Прямой электролиз морской воды : этот метод, представленный технологией, разработанной китайской группой из Се Хэпина, не требует предварительной обработки и обеспечивает значительные преимущества в стоимости. Когда цены на электроэнергию, получаемую от морской ветроэнергетики, опустятся ниже 0,11 долл. США/кВт⋅ч, себестоимость производства водорода может быть снижена до 15,89 долл. США/кг. Прогнозируется, что к 2030 году себестоимость в Китае опустится ниже 15 долл. США/кг, достигнув конкурентоспособного уровня по сравнению с серым водородом.

2. Опреснение с последующим электролизом : Несмотря на свою отработанность, этот подход требует больших затрат. Голландский проект PosHYdon позволяет получать водород примерно за 3,5 доллара/кг, в то время как немецкий проект TractebelOverdick, основанный на опреснении методом обратного осмоса, оценивается примерно в 4 доллара/кг.

IV. Проблемы и направления будущего

1. Текущие технические проблемы

Долговечность материала: Оптимизация по-прежнему необходима для защиты от коррозии Cl⁻ и образования осадков Ca²⁺/Mg²⁺ при длительной эксплуатации. Китайским специалистам удалось контролировать скорость коррозии до 0,01 мм/год благодаря технологии биполярного покрытия пластин.

Оптимизация затрат: для крупномасштабной коммерциализации стоимость «зелёной» электроэнергии должна быть ниже 0,2 доллара США/кВт⋅ч. Китай постепенно приближается к этой цели за счёт интеграции фотоэлектрических систем и систем ESS и локализации оборудования.

Стандарты и безопасность: Международная организация по стандартизации (ИСО) разрабатывает правила безопасности для морских платформ по производству водорода. Ожидается, что «Технические требования к системам производства водорода методом прямого электролиза морской воды», разработанные Китаем, будут опубликованы к 2026 году.

2. Тенденции будущего развития

Расширение сферы применения: «Зеленый» водород будет интегрироваться с химическими продуктами, такими как синтетический аммиак и метанол, образуя целую отраслевую цепочку, охватывающую «производство-хранение-использование».

Международное сотрудничество: трансграничные проекты ускорят передачу технологий и взаимное признание стандартов.

Технология производства водорода из морской воды переходит от лабораторного уровня к промышленному внедрению, а прорывные разработки Китая предлагают «китайское решение» для глобального энергетического перехода. Постоянные инновации в области материалов и политическая поддержка готовы сделать водород, полученный из морской воды, одной из основных технологий производства «зелёного» водорода после 2030 года, что изменит глобальный энергетический ландшафт.

Источник: https://news.metal.com/newscontent/103514564/[SMM-Analysis]-Seawater-Hydrogen-Production-Enters-%22China-Time%22:-Desalination-Free-Electrolysis-Technology-Establishes-a-New-Paradigm