向海要氢 向海要矿——记热耦合海水直接电解制氢联产战略元素技术装置 　　

　　近日，由崂山实验室联合日照市人民政府、中国广核集团和山东师范大学协同研制的热耦合海水直接电解制氢联产战略元素系统装置正在运转——抽进海水，产出高纯氢、淡水以及原本“大海捞针”般难以提取的锂、溴等海洋战略元素。这个装置以天然海水为原料，无需淡化，全程不耗一滴淡水，同时利用周边钢铁企业排放的低品位余热来降低制氢电耗。

　　9月28日，该装置通过了日照市岚山区政府组织的项目验收。由中国科学院院士吴立新、郝芳、唐波、刘买利、徐铜文，中国工程院院士马军、笪良龙以及山东省海洋科学研究院院长王晓斌等专家组成的验收组一致认为：该装置连续稳定运行超过1000小时，标志着我国攻克了海水制氢与海洋战略元素协同联产的全球性技术难题，确立了在该领域的先发优势。

　　破解海水制氢的两大“死结”

　　海水直接电解制氢有两道绕不开的坎：一是结垢，海水电解时，阴极周围碱性升高，钙、镁离子结成硬壳附在电极上，导致电极功能失效、催化剂失活；二是腐蚀，海水中的氯离子腐蚀性极强，电极长期浸泡会被蚀得坑坑洼洼，处理不当还可能析出有毒氯气。目前直接海水电解制氢多数研究仍停留在实验室阶段，耐久性测试鲜有超过数千小时。

　　“结垢、腐蚀两头堵，设备寿命短、电耗又高，这笔账几十年都算不过来。”项目团队负责人、中国科学院院士、崂山实验室研究员唐波说。

　　余热耦合与联产协同两项创新

　　“抽进海水、化掉余热，产出氢气、淡水和战略元素，全程不耗一滴淡水。”唐波用一句话概括他们研发的这套装置。

　　唐波介绍，这套装置之所以能同时攻克结垢与腐蚀两大难题，并实现战略元素的高效富集，根源在于其核心设计上的两项创新。

　　一是梯级化热耦合设计。传统海水电解制氢的电耗居高不下，核心原因在于电解过程需要维持一定的操作温度，而单纯依靠电加热效率有限。该装置创造性地将外部工业余热与电解自热进行梯级耦合：钢铁企业排放的低品位余热被捕集后送入系统，与电解槽自身产生的热量形成互补，共同维持最优反应温度区间。这一设计使系统热效率大幅提升，直接降低了单位氢气的电耗，也让“低品位”余热“变废为宝”。

　　二是制氢—富集同步协同设计。在传统技术路径中，海水制氢和战略元素提取是两条独立的技术线：前者关注电解效率，后者关注吸附或萃取效率。该装置将两者合二为一——在电解制氢的同时，利用电解过程产生的局部化学环境变化，通过连续流在线动态反应，将海水中锂、铀、氘等战略元素原位富集到高浓度。

　　制氢过程中的“副产物”恰好成为元素富集的驱动力，而元素富集过程又不会干扰主反应——析氢反应的正常进行。两者相互促进而非相互干扰，将过去“先制氢、后提元素”的串联模式转变为“制氢提元素一体化”的并联模式，大幅提升了海水资源综合利用效率。

　　目前，该装置每小时产出30标准立方米、纯度不低于99.999%的高纯氢气，按年测算可处理海水约800吨、产高纯氢气26万标准立方米，联产的高附加值战略元素产品纯度达到99.8%，每年可减少二氧化碳排放约460吨。

　　就地消纳串起绿色产业链

　　从“能用”到“好用”，从中试到产业化，这套装置还有一段路要走。但方向已经明确，账已经算得过来。

　　装置产出的氢气直接供给日照岚山区本地的氢冶金和石化加氢装置，钢铁、化工、氢能、海洋资源开发串成一条产业链。这种“就地生产、就地消纳”的模式，不仅省去了氢气的储运环节，进一步降低了综合成本，也为沿海临港工业集群的绿色转型提供了可复制的方案。

　　在项目验收会上，崂山实验室高级工程师秦建光介绍，在产业化规模下，按0.55元/千瓦时电价测算，海水制氢综合成本为22.21元/公斤；电价降至0.40元/千瓦时，成本为12.99元/公斤；若进一步降至0.35元/千瓦时，成本可下探到9.92元/公斤。

　　正如中国科学院院士徐铜文所评价的：“‘余热利用—海水制氢—战略资源联产’这条路，让沿海工厂的余热和海洋资源都派上了用场，为低成本、规模化开发海洋绿氢提供了可行的技术方案。”

　　崂山实验室主任吴立新院士表示，崂山实验室围绕海水制氢世界性难题，创新构建以低品位余热耦合为支撑的低能耗制氢技术路线，联产高附加值战略元素、摊薄综合制氢成本，对保障海洋战略资源供给安全、筑牢国家能源安全屏障具有重要意义。