氢能作为未来理想的清洁能源,一直备受关注。1升海水提取的氢,燃烧产生的能量可与300升柴油相当,且氢气燃烧仅生成水,无任何污染物。然而,海水制氢虽前景广阔,却长期面临技术瓶颈,难以大规模普及。
海水中含有80多种化学元素和杂质,这使得海水制氢困难重重。电解海水时,镁离子会生成大量氢氧化镁,附着在设备上,导致设备故障频发。同时,海盐中的氯离子具有强腐蚀性,电解过程中会产生氯气和次氯酸,严重损坏机器零件。此前,为解决这些问题,需先对海水进行过滤提纯,但这一过程耗能高、成本大,导致氢能源的性价比远低于石油。
近年来,科研人员不断探索海水制氢的新方法。深圳大学谢和平团队曾发明海上制氢设备,利用海上风电电解海水,降低了成本,但设备仍难以抵御氯、镁离子的侵蚀,无法长时间稳定运行。
海南大学田新龙团队另辟蹊径,提出了全新的思路。他们不再试图彻底过滤海水中的杂质,而是将其转化为有价值的资源。团队发现,镁离子析出后生成的高纯度氢氧化镁,是阻燃剂、漂白剂和陶瓷的核心原料,此前却被当作废料丢弃。如今,团队让氢氧化镁在电解过程中同步生成,不仅解决了废料问题,还能补贴制氢成本。
为实现这一目标,团队借鉴不粘锅原理,为电极穿上“防护服”。他们用电离子修饰电极表面,电离子作为软碱,与电极的金属软酸更容易相互吸附,从而优先占据电极附近的位点,将氯离子隔离在外。同时,修饰后的电极表面带负电,与带正电的镁离子产生静电排斥,进一步隔离镁离子。
这一创新技术效果显著。设备可连续稳定运行5000多小时,彻底解决了腐蚀和堵塞问题。更令人惊喜的是,每生产1公斤氢气,就能同步产出15公斤氢氧化镁。按照当前市场价格,销售氢氧化镁的收入基本可以抵消全部制氢成本,相当于免费获得氢能,还能额外盈利。
若将这项技术应用于海上制氢平台,广阔的大海将变身“海洋油田”。既能生产清洁的氢能替代石油,又能同步生产高价值的附属产品,实现能源生产与经济效益的双赢。这一突破让中国在海水制氢领域走在了世界前列,为能源转型提供了新的可能。