潮流能制取氫氣裝置

文 山東省實驗中學 王啟先

當站在海邊時，看到潮漲潮落，海水流動，我對大海蘊藏的巨大能量感到非常震撼。如何利用大海的能量，獲得無污染的能源？

學習高中物理、化學課程后，我了解到氫氣是無污染的能源，它燃燒的產物是水。受所學知識的啟發，我設計了利用海洋潮流能制取氫氣的裝置。

一、結構組成

潮流能制取氫氣裝置由潮流能吸能發電單元、電解單元、海水淡化單元、儲氫單元等部分組成，如圖1。所有單元被集成安裝在漂浮的平臺上，通過錨鏈固定在工作海域。

圖1潮流能制取氫氣裝置示意圖

1.潮流能吸能發電單元

由復合式吸能葉片組成，在潮流作用下繞垂直中心軸回轉，帶動發電機回轉發電，輸出電能。電能輸入整流器進行交、直流轉換。

2.電解單元

由電解槽、陰極和陽極等組成。電解槽底部與海水淡化裝置連通。陽極電極和陰極電極均由錳氧化物制成，當陰極和陽極接通直流電，陰極區域頂部與儲氫裝置連通。

3.海水淡化單元

海水經反滲透淡化裝置去除無機離子、微生物、膠體及鹽分后，再在電解槽中進行電解，可避免電解過程中產生氯氣。

4.儲氫單元

氫氣經過增壓，分別經管道進入儲氫罐。罐裝的氫氣可用作汽車燃料。

二、工作原理

潮流能吸能發電單元在海水的流動作用下產生回轉運動，進而推動發電機回轉，產生電能。電能輸入整流器，轉換為直流電，為電解裝置提供電能。

潮流能吸能發電單元采用由阻力型吸能葉片和升力型吸能葉片組合而成的復合式吸能葉片（圖 2），既能保證較高的能量捕獲效率，又有較優的自啟性，且不受潮流流向的限制。在潮漲和潮落時，潮流能發電吸能單元均可以工作發電。

海水經過淡化后被注入電解槽。當電解槽中兩個電極（陰極和陽極）分別接通直流電、浸入水中時，在催化劑和直流電的作用下，水分子在陽極失去電子，被分解為氧氣和氫離子，氫離子通過電解質和隔膜到達陰極，與電子結合生成氫氣。

活性炭作為電解槽中輔助物質可降低電解海水的電壓，提高電解制氫的效率，降低電解海水制氫耗能，抑制氯氣的生成。

電解過程中產生的氫氣經過增壓后通過管道進入儲氫罐，如果有需要，也可以把產生的氧氣收集儲存起來。

三、創新點

1.該裝置利用海洋能制取氫氣，將氫氣作為能源。氫氣燃燒的產物是水，不會造成環境污染。

2.由于潮汐變化，海洋能具有不穩定和周期性，發出的電也具有不穩定性，將海洋能轉化為氫氣能，既可以儲存又可以運輸，成為穩定的能源。

3.傳統的制氫工藝消耗了大量電能和淡水，制備成本高。利用潮流能發電，電解海水制取氫氣，可以大量節約淡水。

4.海洋能發電直接為電解裝置制取氫氣提供電能，無需其他能源，具有資源豐富、可再生的優點。

5.吸能部分由阻力型吸能葉片和升力型吸能葉片組合而成，能量捕獲效率高，自啟性好，不受潮流流向的影響。

圖2復合式吸能葉片示意圖