海水电解制氢难题攻克！中科院理化所首创交流电驱动新策略
海水制氢这项技术, 在过去的好几年时间里, 一直卡在某个环节上, 而最大的堵点就是沉淀物会把设备给堵死。
在10月2日这一天, 中科院理化所的师文生研究团队发表了一篇新的论文, 他们的思路是非常大胆的: 不再试图去硬碰硬地解决沉淀这个问题, 而是选择直接把直流电换成交流电, 从而从一个根源层面上把这个问题巧妙地绕过去。
交流电怎么把沉淀绕过去
师文生率领他的团队实施了一项相当大的举措, 即把电解海水时所用的直流电源替换成交流电源, 这是因为交流电的极性会在每一个周期的时间里发生反转, 也就是说同一个电极在其中的前一秒作为阴极运行, 而后一秒则会切换为阳极状态, 所以阴极半周期内积累生成的氢氧根离子会在进入阳极半周期时被就地消耗清除掉, 以至于连氢氧化镁还有氢氧化钙这些物质都没有办法来得及聚集到一起形成水垢就会被拆开分解。
这支团队分别在三种各别的反应体系之中实施了概念验证, 所拉取的电流曲线始终保持着稳定, 并且未表现出传统直流电在运行二百五十个小时之后性能就会减半的那种情况, 这些成果已经刊登到了《德国应用化学》这一刊物上面, 人民网小编赵竹青于十月二日优先发布了这个相关消息。
不用膜不用预处理，省下来的都是真金白银
大家以前都是直接去电解海水的, 在第一步的时候, 就必须花很多的大钱去做预处理的工作, 要把海水里的镁离子和钙离子过滤掉, 还必须要安装离子交换膜, 搞一套这样的设备下来, 费用非常昂贵, 而且设备还很沉重。
可是师文生提出的这套方案, 直接把前面的那两个步骤都给砍掉了, “光是省下来的光膜费用就足够你去建设一个小站的程度了”, 这就是他在接受采访时候说出来的原话, 他的这笔账算得是非常清楚的。
更为重要的在于, 它可以和海上风电、光伏实现直接耦合。
风机在海上进行发电操作后, electricity 就在当地电解海水产生氢气, 如此一来, 就不需要铺设距离长达几十公里的海底电缆将电力输送回陆地了, 光是在电力传输损耗这一项上, 就能够节省好多个百分点, 而且设备的维护保养工作也变得简单了许多。
一电两得，氢气旁边还蹦出个值钱副产品
在论文之中, 还可以看到一个精巧的构思, 这一构思是将乙二醇氧化反应耦合到同一个体系里面去, 这样既能够产出氢气, 又能够联产乙醇酸, 而乙醇酸在当前时期内于医药领域以及聚酯化工领域的使用范围变得越来越广泛, 这就意味着用同一份电能来消耗的同时可以实现两种产品的产出, 经济效益由此直接提升到一个更高的层次。
根据我个人的了解, 把电解制氢和有机氧化这俩事儿, 耦合到一个交流电体系里去运行, 在国内以前从来没有人这么做过, 这实际上就是把所谓的"一电两得", 从PPT上的概念阶段, 真正推到了实验台面上去。
从实验室到海上平台中间还隔着什么
坦白地讲, 从概念验证到工程实际落地, 这两者中间存在着巨大的、普通人难以想象的深远隔阂。
能够把三种体系都跑通这当然是件好事, 但是近海环境中的海水盐度、温度以及浊度这些指标都是在每天都发生着不断变化的, 在实验室里使用烧杯来进行模拟是绝对无法重现这些真实工况的, 所以必须要登上真实的海洋海域去进行磨练, 并且还必须能够通过专门针对海洋工程可靠性这一关卡的严格考验。
师文生这个团队, 在下一步, 大概率是会拉大电流密度, 去跑两千小时以上的长周期稳定性测试。要是到了明年上半年, 他们能在某个近海风电场挂出来原型装置的话, 那才真正算是从纸面走到了海面上。
你家所在的那个城市, 它有没有把海上风电的这个规划给布局进去呢? 你可以去翻一翻本地的新闻看一看, 说不定哪天这个氢能的公交车就会通到你楼房的大门口那边去。
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