在電解水制氫的制備過程中，電、水、制氫裝備三者缺一不可。目前，大多數人總是将關注重點放在電價和電解槽成本上，而水的來源問題卻常常被忽略。可是如果沒有穩定的水供應，制氫規模化生産将難以持續進行。
近日，國電投首台套輕度鹽堿水原位電解樣機順利通過專家審查；大連化物所煤化工廢水制氫聯産淡水中試裝置開車成功；東福研究院完成氣田采出水無純化電解制氫現場試驗等一系消息，讓人們看到“廢水”制氫的可能性，未來或許能解決可再生能源大規模制氫的缺水危機。
大規模制氫“缺水”危機如何破解
根據高工氫電産業研究所（GGII）統計，截至2024年5月，國内電解水制氫示範項目在建及規劃總裝機超72GW，在建及規劃綠氫項目超72GW/（546萬噸）。綠氫項目占比達99%，其中風光耦合制氫占比約70%。
理想狀态下，電解水的最小消耗大約是每千克氫消耗9千克水。未來這些綠氫項目一旦建成，将需要數千萬噸的淡水資源供應。然而，這些風光耦合制氫項目大多集中在新疆、甘肅、内蒙古等水資源相對匮乏的地區，大陸可再生能源與淡水資源地域分布不比對，以及淡水資源緊缺，這些都成為阻礙綠氫産業發展的挑戰。
針對大陸西北地區風光資源豐富但水資源匮乏的現狀，大陸的科研團隊想到了充分利用當地苦鹹水、鹽湖水、工業廢水和生活污水等“廢水”資源，來降低制氫成本，進而推動産業發展和保障國家能源安全。
在利用鹽堿水方面，今年6月22日，國家電投集團新疆能源化工有限責任公司、國核電力規劃設計研究院有限公司和江蘇天合元氫科技有限公司聯合開發的輕度鹽堿水原位電解樣機順利通過現場運作試驗和專家審查。試驗期間，樣機氫氣産量達到額定值，機關制氫直流電耗3.935kWh/Nm³，電流密度達到5000A/㎡以上，30%-110%負荷連續穩定運作。相比傳統堿性電解水制氫系統，縮短了系統鍊路，實作了鹽堿水原位制氫技術新突破。
在利用工業廢水方面，6月20日，大連化物所在煤化工廢水資源化利用方面取得新進展，研發出以煤化工廢水為原料制備高純氫氣聯産淡水的新技術，并依托該技術完成了25千瓦級中試裝置的測試驗證。他們以新疆哈密地區蘭炭廢水為原料進行中試試驗，廢水中化學需氧量（COD）為51000mg/L，總氮為2892mg/L，鹽度為32000ppm。中試裝置運作結果顯示，實作了以煤化工廢水為原料高效制氫聯産淡水，氫氣産能3萬方/年，氫氣純度≥99.999%，産生的淡水在滿足自身電解需求的基礎上，聯産淡水6噸/年，證明了煤化工廢水制氫聯産淡水新技術的可行性與先進性。
今年5月份，東方電氣（福建）創新研究院有限公司（簡稱“東福研究院”）團隊在内蒙古鄂爾多斯，圓滿完成中石油長慶油田氣田采出水無純化電解制氫現場試驗。試驗期間，示範樣機氫氣産量達到額定值，現場測量顯示氫氣純度達到99.999％。該項目将為石化廢水、煉鋼廢水等工業廢水制氫提供路線參考。
在利用生活污水方面，在今年第25屆中國環博會上，上海複潔環保展示了“城鎮污水廠‘制氫-儲氫-熱電聯供’全鍊條中試試驗應用研究項目”。該項目依托上海市政污泥處理及資源化利用技術裝備研究與驗證基地，通過利用污水廠光伏發電的電能電解再生水制氫，以及利用污泥厭氧消化産生的沼氣制氫，後續再銜接上安全儲氫技術裝備、氫燃料電池及高效用氫場景（比如固态儲氫觀光車），在全球範圍内首次實作了污水廠“綠氫制備-固态儲氫-熱電聯供”的全鍊條應用與循環經濟示範。
在過去，鹽堿水、工業廢水和生活污水等“廢水”資源因為處理工序繁雜，整個治理過程産生的成本遠遠高于收益。然而，資源禀賦決定了可再生能源制氫項目必須要用好寶貴的水資源。探索廢水制氫，不隻是解決制氫用水問題，還可以為當地節約數十億的環保投資成本，是以，開發經濟有效的以廢水為原料的氫氣制備新方法和新技術具有重要意義。
大規模“廢水”制氫未來可期
其實在利用“廢水”資源制氫的研究項目中，可以看到“海水”制氫的影子。大連化物所在煤化工廢水資源化利用上的新技術就是該校鄧德會研究團隊研發出的海水制氫聯産淡水新技術的進一步拓展應用。
此外，東福研究院的氣田采出水無純化電解制氫現場試驗項目就是由中國工程院院士、深圳大學深地科學與能源研究院院長謝和平團隊，于2022年11月30日在Nature發表海水無淡化原位直接電解制氫技術轉化而來。2022年12月16日，東方電氣與謝和平院士團隊簽約開展技術聯合創新，并由東方電氣集團負責成果轉化和産業化。2023年11月，東福研究院又與中國石油長慶油田分公司簽署項目合作協定，将讓無淡化海水原位直接電解制氫技術應用于長慶油田。
海水制氫技術作為“廢水”制氫的技術源頭，目前正在探索與開再生能源發電的有效結合。今年6月21日，《自然·通訊》發表了謝和平院士團隊與東方電氣集團團隊合作首次實作海上風電可再生能源和海水直接電解制氫一體化，并在大海中利用海上風電驅動海水制氫。未來該成果也将有望在更多領域得到廣泛應用，可以預見，陸上大規模的風光可再生風光資源和“廢水”制氫的一體化程序将加快。
在海水直接電解制氫成本方面，據測算，當電價低于0.15元/度時，海水制氫與煤制灰氫相當；當電價低于0.11元/度時，海水制氫成本将完全低于煤制灰氫成本。若未來廢水制氫成本與海水直接制氫成本相當，那麼相較于動辄投資數億的的水處理成本，工業廢水制氫不僅有助于企業減少排放，還更具有經濟性。
在全球碳中和背景下,氫氣必定是未來能源發展的重要方向。然而，綠氫生産更為重要，需要相應的清潔能源供應與水源作為保障。如果“廢水”制氫能夠大規模應用，那麼水源将不成問題，可再生能源制綠氫産業将在可持續發展道的路上越走越遠。