中国把电解槽“废热”利用起来了：海水制氢，还能联产淡水
中国科研团队最近做出了一套很有意思的海水制氢系统。
它不直接拿海水去电解，而是换了一条思路：
先利用制氢过程中原本要扔掉的废热淡化海水，再用得到的淡水制氢。
结果，一套系统同时得到高纯氢气和淡水，而且电能利用率比传统碱性电解水系统提高了14.4%。
更有意思的是，淡化之后留下来的浓海水，还可以继续作为盐、溴甚至铀等海洋资源回收的原料。
这项研究来自中国科学院大连化学物理研究所邓德会、刘艳廷团队，研究成果9月15日发表在《Nature Energy》上。论文题目非常直接：
《A 250-kilowatt system for co-production of hydrogen and fresh water from seawater》——“250千瓦级海水制氢联产淡水系统”。
海水制氢，为什么一直这么难？
海水当然多。
地球上绝大部分水都是海水，所以从资源角度看，如果未来大规模绿氢生产能够直接利用海水，就不用再跟城市、农业和工业争夺淡水。
但问题是：
海水不是纯水。
里面有大量氯离子以及钙、镁等离子。
如果直接把海水送进电解槽，氯离子会带来副反应和电极腐蚀；钙、镁等成分还可能产生沉积和结垢，影响设备长期稳定运行。
所以另一条更加成熟的路线是：
先海水淡化，再电解制氢。
问题也随之而来。
你得增加一整套海水淡化设备，而且淡化本身也需要能源。
也就是说，本来只是想制氢，现在前面又多了一道耗能工序。
中国团队盯上了电解槽里一直被浪费的一股热
研究团队发现，这里面其实藏着一笔长期被忽视的“能源”。
商业碱性电解槽工作时，并不是所有电能最后都变成氢气的化学能。
大约有30%的电能会转化成80—90℃左右的低品位热能。
这种热不够“高级”。
温度不够高，很难拿去发电或者完成高温工业过程，因此工业电解槽通常要用冷却系统把它带走。
换句话说：
我们一边花电制氢，一边还要花钱把产生的热排出去。
大连化物所团队于是把这两件事情接了起来。
他们把碱性电解水系统与低温真空蒸馏海水淡化系统耦合。
通过降低蒸馏系统内部压力，海水不需要加热到100℃，在大约40—50℃就可以蒸发。
这样一来，电解槽原本没有太大利用价值的低品位废热，正好可以拿来驱动海水淡化。
海水蒸发、冷凝，变成淡水。
一部分送进电解槽继续制氢，多出来的淡水则可以作为产品输出。
原本需要被冷却掉的“废热”，就这样变成了海水淡化的能源。
250千瓦装置已经跑起来了
这不是停留在实验室烧杯里的概念。
研究团队先建设了一套20 kW工业中试系统。
这套装置每小时可以生产：
3.8 Nm³氢气，同时联产1.2 kg淡水。
而且连续稳定运行超过100天。
随后团队把系统放大到了250 kW级。
放大后的装置每小时可以生产约：
48 Nm³氢气，氢气纯度达到99.9999%；同时生产约31.6—32 kg淡水。
与传统淡水碱性电解制氢相比，整个系统的电能利用率提高14.4%。
250 kW装置还在每天启停的工况下稳定运行超过40天，没有出现明显性能衰减。
如果按照论文给出的运行数据折算，年产氢量可以达到约38万标准立方米，同时生产约256吨淡水。
真正值得看的，是成本
这套系统最重要的意义其实不只是“海水也能制氢”。
因为海水先淡化再制氢，本身并不是什么新鲜概念。
真正的变化是：
淡化海水需要的那部分能源，现在有相当一部分来自电解槽原本准备扔掉的废热。
研究团队进行了技术经济性分析。
按照论文测算，如果使用陆上风电，电价约为0.033美元/kWh，氢气平均生产成本可以达到约：
2.1美元/kg。
如果使用太阳能发电，电价约为0.049美元/kWh，对应制氢成本约：
2.9美元/kg。
研究认为，这一方案的经济竞争力优于传统的“独立海水淡化+电解水制氢”两段式方案。
当然，这里的2.1美元和2.9美元属于模型测算结果，并不等于目前已经实现的商业化出厂氢价。
未来真正建设大型项目，还需要考虑设备投资、海洋环境腐蚀、维护、可再生能源利用小时数以及项目融资等因素。
但它至少证明了一件事：
海水淡化未必一定是海水制氢额外增加的一笔能源负担。
如果系统设计得好，它可以吃掉制氢系统自己产生的一部分废热。
那“从海水里提铀”又是怎么回事？
《South China Morning Post》10月5日报道这项研究时，标题用了一个非常吸引眼球的说法：
“中国开发从海洋中提取氢、淡水和铀的装置。”
但这里需要稍微冷静一点。
严格按照论文和大连化物所的表述，目前250 kW装置已经验证的是：
海水→淡水+氢气。
海水经过蒸馏以后，水被拿走，剩下的就成为浓度更高的浓海水。
而大连化物所的原始表述是，这些浓海水“还可作为原料进一步开展盐、铀、溴等海洋资源提取回收”。
关键词是：
“进一步开展”。
所以目前更准确的说法不是“这套装置已经在同步生产铀”，而是：
它在生产氢气和淡水的同时，产生了一股经过浓缩的海水，为下一步提盐、提溴、提铀提供了更加有利的原料。
这两种说法，技术含义并不一样。
海外专家怎么看？
《Nature Energy》除了发表中国团队的论文。
期刊同期还专门邀请澳大利亚中央昆士兰大学氢能与可再生能源中心的Jonathan G. Love撰写了一篇News & Views评论，题目叫：
《A unified distillation and electrolysis system》——“一体化蒸馏与电解系统”。
他的评价抓住了这项技术最核心的地方：
这并不是为了硬闯“直接海水电解”这条最难的路线，而是把已经成熟的碱性电解水和真空蒸馏重新组合，通过回收电解槽废热，把两个工业过程真正耦合起来。
Love特别指出，利用海水生产氢气还有一个经常被忽略的价值：
减少大型绿氢项目与当地社区争夺淡水资源的担忧。
这对于澳大利亚、中东、北非等太阳能和风能资源丰富、但淡水资源紧张的沿海地区尤其重要。
海外科技媒体TechXplore随后报道时，同样把重点放在了“用电解废热驱动海水淡化”上，而不是所谓“直接海水电解”。另一家海外科技媒体SUPER SCI-Z甚至特别提醒读者：这套系统并不是把盐水直接送到电极上，而是先利用系统自身热量淡化海水，再进入电解过程。
这其实说明海外专业端关注的重点非常一致：
它真正的新意不是“海水里有氢”，而是能源系统集成。
海水制氢真正有价值的地方，可能不是“省水”
这项技术还有一个更大的应用场景。
海上风电。
未来如果大型海上风电场直接制氢，最理想的状态当然不是：
把海水运到岸上淡化，再把淡水送到海上，然后制氢。
而是在海上完成：
海水→淡水→绿氢。
电解槽产生的废热顺便解决淡化问题。
剩下的浓海水未来甚至还能进一步进行盐、溴、铀等资源化利用。
于是，一个单纯的“海水制氢装置”，理论上就有可能逐渐变成：
海上绿电+制氢+淡水+海洋资源综合利用系统。
大连化物所也明确提出，这项技术面向的未来应用包括海上风电、波浪能等海洋绿电耦合制氢。
所以这项研究真正值得看的，可能不是“终于可以拿海水制氢了”。
海水制氢从来不是缺水。
缺的是一套能把电、热、水、氢甚至浓盐水全部算进一张能源账里的系统。
中国团队这次做的，就是把原本准备排掉的一股废热，重新拉回了这张账里。
氢还是那个氢，海水还是那片海水。
但当废热也开始有了价值，海水制氢的账，可能就要重新算了。