潮流能制取氢气装置

王启先

当站在海边时，看到潮涨潮落，海水流动，我对大海蕴藏的巨大能量感到非常震撼。如何利用大海的能量，获得无污染的能源？

学习高中物理、化学课程后，我了解到氢气是无污染的能源，它燃烧的产物是水。受所学知识的启发，我设计了利用海洋潮流能制取氢气的装置。

一、结构组成

潮流能制取氢气装置由潮流能吸能发电单元、电解单元、海水淡化单元、储氢单元等部分組成，如图1。所有单元被集成安装在漂浮的平台上，通过锚链固定在工作海域。

1.潮流能吸能发电单元

由复合式吸能叶片组成，在潮流作用下绕垂直中心轴回转，带动发电机回转发电，输出电能。电能输入整流器进行交、直流转换。

2.电解单元

由电解槽、阴极和阳极等组成。电解槽底部与海水淡化装置连通。阳极电极和阴极电极均由锰氧化物制成，当阴极和阳极接通直流电，阴极区域顶部与储氢装置连通。

3.海水淡化单元

海水经反渗透淡化装置去除无机离子、微生物、胶体及盐分后，再在电解槽中进行电解，可避免电解过程中产生氯气。

4.储氢单元

氢气经过增压，分别经管道进入储氢罐。罐装的氢气可用作汽车燃料。

二、工作原理

潮流能吸能发电单元在海水的流动作用下产生回转运动，进而推动发电机回转，产生电能。电能输入整流器，转换为直流电，为电解装置提供电能。

潮流能吸能发电单元采用由阻力型吸能叶片和升力型吸能叶片组合而成的复合式吸能叶片（图2），既能保证较高的能量捕获效率，又有较优的自启性，且不受潮流流向的限制。在潮涨和潮落时，潮流能发电吸能单元均可以工作发电。

海水经过淡化后被注入电解槽。当电解槽中两个电极（阴极和阳极）分别接通直流电、浸入水中时，在催化剂和直流电的作用下，水分子在阳极失去电子，被分解为氧气和氢离子，氢离子通过电解质和隔膜到达阴极，与电子结合生成氢气。

活性炭作为电解槽中辅助物质可降低电解海水的电压，提高电解制氢的效率，降低电解海水制氢耗能，抑制氯气的生成。

电解过程中产生的氢气经过增压后通过管道进入储氢罐，如果有需要，也可以把产生的氧气收集储存起来。

三、创新点

1.该装置利用海洋能制取氢气，将氢气作为能源。氢气燃烧的产物是水，不会造成环境污染。

2.由于潮汐变化，海洋能具有不稳定和周期性，发出的电也具有不稳定性，将海洋能转化为氢气能，既可以储存又可以运输，成为稳定的能源。

3.传统的制氢工艺消耗了大量电能和淡水，制备成本高。利用潮流能发电，电解海水制取氢气，可以大量节约淡水。

4.海洋能发电直接为电解装置制取氢气提供电能，无需其他能源，具有资源丰富、可再生的优点。

5.吸能部分由阻力型吸能叶片和升力型吸能叶片组合而成，能量捕获效率高，自启性好，不受潮流流向的影响。