Китайская разработка: интегрированная система производства водорода, пресной воды и морских ресурсов

Учёные из Даляньского института химической физики Китайской академии наук (под руководством Дэн Дэхуэя и Лю Яньтина) создали интегрированную установку мощностью 250 кВт, которая одновременно производит водород и пресную воду из морской воды, а также позволяет извлекать ценные морские ресурсы. По данным исследования, система демонстрирует на 14,4 % более высокую эффективность использования электроэнергии по сравнению с традиционным щелочным электролизом воды.

Решение технических сложностей электролиза морской воды

Производство водорода с использованием возобновляемых источников энергии рассматривается как перспективное направление «зелёной» энергетики. Морская вода потенциально способна обеспечить практически неограниченный источник сырья, однако прямой электролиз сопряжён с рядом технологических трудностей. В частности, ионы хлора провоцируют коррозию анода, а ионы кальция и магния формируют минеральные отложения на катоде — это со временем снижает эффективность работы оборудования.

Альтернативный подход предполагает предварительное опреснение морской воды (например, методами обратного осмоса или дистилляции) с последующим электролизом. Однако такой метод требует дополнительного оборудования и увеличивает энергозатраты. Китайские исследователи предложили решение, позволяющее утилизировать энергию, которая в традиционных схемах теряется.

Принцип работы и использование отработанного тепла

Коммерческие электролизеры обычно работают при температуре 80–90 °C, при этом порядка 30 % подводимой электроэнергии рассеивается в виде низкопотенциального отработанного тепла. Разработанная система интегрирует электролизер с установкой опреснения: тепло направляется в вакуумную дистилляционную колонну, где способствует испарению морской воды уже при 40–50 °C. Образующийся пар конденсируется в пресную воду — её объёма достаточно не только для нужд самого электролизера, но и для создания запаса.

Кроме того, концентрированный рассол после опреснения пригоден для извлечения ценных компонентов: соли, урана, брома и других морских ресурсов.

Характеристики и результаты испытаний

Новая установка — это масштабированная версия 25‑киловаттной системы, созданной командой в 2023 году и признанной лучшей в мире по версии Китайской федерации нефтяной и химической промышленности. Мощность обновлённой системы увеличена до 250 кВт.

Годовая производительность установки:

• до 380 000 стандартных кубических метров водорода (чистотой 99,99 %);
• 256 метрических тонн пресной воды.

В ходе испытаний система непрерывно проработала 40 дней в режиме ежедневного запуска и остановки — заметного снижения производительности зафиксировано не было.

Экономические параметры и перспективы

Интеграция процессов позволила повысить энергоэффективность на 14,4 % относительно традиционного щелочного электролиза. Расчёты показывают, что технология может быть конкурентоспособнее классической схемы «опреснение + электролиз».

При использовании электроэнергии от береговых ветряных электростанций (по 0,033 долл./кВт·ч) себестоимость водорода оценивается в 2,10 долл. за килограмм. При питании от солнечных электростанций (0,049 долл./кВт·ч) стоимость возрастает до 2,90 долл./кг. Оба показателя ниже текущей рыночной цены водорода — около 3,90 долл. за килограмм.

По словам Дэн Дэхуэя, дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на совершенствовании катализаторов, повышении эффективности утилизации отработанного тепла и оптимизации рабочих параметров с применением технологий искусственного интеллекта — это позволит дополнительно нарастить эффективность системы.