在电解水制氢的制备过程中，电、水、制氢装备三者缺一不可。当前，大多数人总是将关注重点放在电价和电解槽成本上，而水的来源问题却常常被忽略。可是如果没有稳定的水供应，制氢规模化生产将难以持续进行。
近日，国电投首台套轻度盐碱水原位电解样机顺利通过专家审查；大连化物所煤化工废水制氢联产淡水中试装置开车成功；东福研究院完成气田采出水无纯化电解制氢现场试验等一系消息，让人们看到“废水”制氢的可能性，未来或许能解决可再生能源大规模制氢的缺水危机。
大规模制氢“缺水”危机如何破解
根据高工氢电产业研究所（GGII）统计，截至2024年5月，国内电解水制氢示范项目在建及规划总装机超72GW，在建及规划绿氢项目超72GW/（546万吨）。绿氢项目占比达99%，其中风光耦合制氢占比约70%。
理想状态下，电解水的最小消耗大约是每千克氢消耗9千克水。未来这些绿氢项目一旦建成，将需要数千万吨的淡水资源供应。然而，这些风光耦合制氢项目大多集中在新疆、甘肃、内蒙古等水资源相对匮乏的地区，大陆可再生能源与淡水资源地域分布不匹配，以及淡水资源紧缺，这些都成为阻碍绿氢产业发展的挑战。
针对大陆西北地区风光资源丰富但水资源匮乏的现状，大陆的科研团队想到了充分利用当地苦咸水、盐湖水、工业废水和生活污水等“废水”资源，来降低制氢成本，从而推动产业发展和保障国家能源安全。
在利用盐碱水方面，今年6月22日，国家电投集团新疆能源化工有限责任公司、国核电力规划设计研究院有限公司和江苏天合元氢科技有限公司联合开发的轻度盐碱水原位电解样机顺利通过现场运行试验和专家审查。试验期间，样机氢气产量达到额定值，单位制氢直流电耗3.935kWh/Nm³，电流密度达到5000A/㎡以上，30%-110%负荷连续稳定运行。相比传统碱性电解水制氢系统，缩短了系统链路，实现了盐碱水原位制氢技术新突破。
在利用工业废水方面，6月20日，大连化物所在煤化工废水资源化利用方面取得新进展，研发出以煤化工废水为原料制备高纯氢气联产淡水的新技术，并依托该技术完成了25千瓦级中试装置的测试验证。他们以新疆哈密地区兰炭废水为原料进行中试试验，废水中化学需氧量（COD）为51000mg/L，总氮为2892mg/L，盐度为32000ppm。中试装置运行结果显示，实现了以煤化工废水为原料高效制氢联产淡水，氢气产能3万方/年，氢气纯度≥99.999%，产生的淡水在满足自身电解需求的基础上，联产淡水6吨/年，证明了煤化工废水制氢联产淡水新技术的可行性与先进性。
今年5月份，东方电气（福建）创新研究院有限公司（简称“东福研究院”）团队在内蒙古鄂尔多斯，圆满完成中石油长庆油田气田采出水无纯化电解制氢现场试验。试验期间，示范样机氢气产量达到额定值，现场测量显示氢气纯度达到99.999％。该项目将为石化废水、炼钢废水等工业废水制氢提供路线参考。
在利用生活污水方面，在今年第25届中国环博会上，上海复洁环保展示了“城镇污水厂‘制氢-储氢-热电联供’全链条中试试验应用研究项目”。该项目依托上海市政污泥处理及资源化利用技术装备研究与验证基地，通过利用污水厂光伏发电的电能电解再生水制氢，以及利用污泥厌氧消化产生的沼气制氢，后续再衔接上安全储氢技术装备、氢燃料电池及高效用氢场景（比如固态储氢观光车），在全球范围内首次实现了污水厂“绿氢制备-固态储氢-热电联供”的全链条应用与循环经济示范。
在过去，盐碱水、工业废水和生活污水等“废水”资源因为处理工序繁杂，整个治理过程产生的成本远远高于收益。然而，资源禀赋决定了可再生能源制氢项目必须要用好宝贵的水资源。探索废水制氢，不只是解决制氢用水问题，还可以为当地节约数十亿的环保投资成本，因此，开发经济有效的以废水为原料的氢气制备新方法和新技术具有重要意义。
大规模“废水”制氢未来可期
其实在利用“废水”资源制氢的研究项目中，可以看到“海水”制氢的影子。大连化物所在煤化工废水资源化利用上的新技术就是该校邓德会研究团队研发出的海水制氢联产淡水新技术的进一步拓展应用。
此外，东福研究院的气田采出水无纯化电解制氢现场试验项目就是由中国工程院院士、深圳大学深地科学与能源研究院院长谢和平团队，于2022年11月30日在Nature发表海水无淡化原位直接电解制氢技术转化而来。2022年12月16日，东方电气与谢和平院士团队签约开展技术联合创新，并由东方电气集团负责成果转化和产业化。2023年11月，东福研究院又与中国石油长庆油田分公司签署项目合作协议，将让无淡化海水原位直接电解制氢技术应用于长庆油田。
海水制氢技术作为“废水”制氢的技术源头，目前正在探索与开再生能源发电的有效结合。今年6月21日，《自然·通讯》发表了谢和平院士团队与东方电气集团团队合作首次实现海上风电可再生能源和海水直接电解制氢一体化，并在大海中利用海上风电驱动海水制氢。未来该成果也将有望在更多领域得到广泛应用，可以预见，陆上大规模的风光可再生风光资源和“废水”制氢的一体化进程将加快。
在海水直接电解制氢成本方面，据测算，当电价低于0.15元/度时，海水制氢与煤制灰氢相当；当电价低于0.11元/度时，海水制氢成本将完全低于煤制灰氢成本。若未来废水制氢成本与海水直接制氢成本相当，那么相较于动辄投资数亿的的水处理成本，工业废水制氢不仅有助于企业减少排放，还更具有经济性。
在全球碳中和背景下,氢气必定是未来能源发展的重要方向。然而，绿氢生产更为重要，需要相应的清洁能源供应与水源作为保障。如果“废水”制氢能够大规模应用，那么水源将不成问题，可再生能源制绿氢产业将在可持续发展道的路上越走越远。