Термически симбиотическая интеграция осмотической мембранной дистилляции и электролиза для прямого производства водорода из морской воды

Интеграция мембран очистки воды с электролизом для производства водорода (H2) in situ из морской воды представляет собой быстрый путь к достижению углеродной нейтральности, но существующие подходы ограничены переносом солей и недостаточной производительностью воды. В настоящей работе мы преодолеваем эти ограничения посредством интеграции осмотической мембранной дистилляции (OMD) с щелочным водным электролизом (AWE). За счёт двойных температурного и осмотического градиентов, усиливающих перенос безсолёного водяного пара, система OMD–AWE обеспечивает скорость производства H2 60 кг м–2 сут–1 при отличной стабильности в течение 500 ч непрерывной работы. Чтобы устранить энергоёмкую внешнюю подачу тепла для OMD, мы предлагаем термически симбиотическую архитектуру, которая преобразует тепловые потери AWE в тепловой движущий потенциал для OMD, в то время как OMD одновременно обеспечивает охлаждение для поддержания оптимальной температуры AWE, что подтверждается нашей теплово-водно-водородной моделью. Эта тепловая симбиозность не только делает OMD–AWE энергетически самодостаточной с энергетической эффективностью 51 кВт·ч кг(H2)–1, но и устанавливает саморегулирующийся механизм, который синхронизирует тепловой движущий потенциал с флуктуациями электрического ввода, согласуя подачу воды с потребностью и преодолевая прерывистость возобновляемых источников. Наш подход обеспечивает гибкое согласование компонентов и тепловую самодостаточность в любом масштабе, создавая основу для интеграции мембран и электролиза и демонстрируя как техническую состоятельность, так и экономическую жизнеспособность на пути к устойчивой водородной экономике.