海洋是地球上最大的氫礦，海水制氫是未來重要的發(fā)展方向，隨著技術(shù)的突破，海水制氫為我國(guó)綠氫的發(fā)展帶來更多的可能。然而由于海水成分非常復(fù)雜，海水制氫也面臨著諸多挑戰(zhàn)。

 海水制氫包括海水間接制氫和海水直接制氫兩種技術(shù)路線。

 海水間接制氫是先淡化海水后制氫，本質(zhì)上是淡水制氫，是一種當(dāng)前較為成熟的制氫路徑。但該技術(shù)對(duì)淡化設(shè)備依賴較大，工程建設(shè)難度高，導(dǎo)致制氫成本頗高。

 海水直接制氫則是利用電解或光解的方式制氫，雖然經(jīng)過大量的研究，但迄今為止仍未有突破性的理論避免海水中復(fù)雜成分對(duì)制氫的影響，海水制氫面臨著以下難題。

 1.海水成分復(fù)雜，會(huì)腐蝕電解槽部件。2.海水中雜質(zhì)會(huì)在催化劑表面及例子交換膜上沉積，導(dǎo)致催化劑快速失活。3.海水中氧離子和氫氧根離子濃度很低，電解效率低。

 對(duì)于上述難題，2022年11月，深圳大學(xué)、四川大學(xué)謝和平團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，開創(chuàng)性地提出了海水無淡化原位直接電解制氫技術(shù)。

 這一理論的關(guān)鍵是將基于自驅(qū)動(dòng)相變機(jī)制的原味水凈化工藝集成到海水電解中。通過物理力學(xué)與電化學(xué)的結(jié)合，建立相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水直接制氫理論模型，其中應(yīng)用疏水多孔聚四氟乙烯防水透氣膜作為氣路界面，采用濃氫氧化鉀溶液作為自阻尼電解質(zhì)。運(yùn)行過程中海水側(cè)和電解質(zhì)側(cè)的水蒸氣壓力差導(dǎo)致海水自發(fā)蒸發(fā)，以水蒸氣的形式通過薄膜擴(kuò)散到電解質(zhì)側(cè)，晶電解質(zhì)吸收后重新液化。在過程中從海水原位生成純水進(jìn)行電解，當(dāng)水的遷移速率等于電解速率時(shí)，海水和電解質(zhì)之間建立新的熱力學(xué)平衡，通過“液-氣-液”的機(jī)制實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的水轉(zhuǎn)移，為電解提供淡水。簡(jiǎn)單來說就是通過蒸汽壓差的物理力學(xué)驅(qū)動(dòng)，來隔開海水中復(fù)雜元素及微生物對(duì)電解制氫的影響。

相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水無淡化原位直接電解制氫原理（a）典型海水電解制氫裝置示意圖 （b）基于液-氣-液相變的水凈化遷移機(jī)理及驅(qū)動(dòng)力示意圖

 2023年6月2日，全球首次海上風(fēng)電無淡化海水直接電解制氫技術(shù)裝備在福建海試成功，在經(jīng)受了8級(jí)大風(fēng)、1米高海浪、暴雨等海洋環(huán)境的考驗(yàn)后，漂浮式海上制氫平臺(tái)“東福一號(hào)”仍連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了超過240小時(shí)，驗(yàn)證了海水無淡化原位直接電解制氫技術(shù)的可行性與穩(wěn)定性，本次海試成功對(duì)我國(guó)海水制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義，推動(dòng)海水直接電解制氫技術(shù)逐步走向產(chǎn)業(yè)化。

“海上風(fēng)電等可再生能源利用-海水氫能生產(chǎn)”漂浮式平臺(tái)

 除海上風(fēng)電無淡化海水直接制氫項(xiàng)目外，國(guó)內(nèi)海水制氫領(lǐng)域一系列利好項(xiàng)目紛紛啟動(dòng)。

 2022年11月，圖靈科創(chuàng)自研的鎳基錳化合物電極亮相，能夠自海水中穩(wěn)定高效工作，降低電解槽對(duì)純水的依賴性，提高制氫設(shè)備的環(huán)境普適性。

 11月30日，明陽(yáng)集團(tuán)CZ9海上風(fēng)電場(chǎng)示范項(xiàng)目動(dòng)工，計(jì)劃建設(shè)成“海上風(fēng)電+海洋牧場(chǎng)+海水制氫”的立體化海洋能源創(chuàng)新開發(fā)示范項(xiàng)目。

2023年1月，大連市普蘭店海水制氫產(chǎn)業(yè)一體化示范項(xiàng)目正式開工，預(yù)計(jì)于10月1日正式建成投產(chǎn)，形成年發(fā)電量1.37億千瓦時(shí)綠電和年產(chǎn)2000噸的新能源綠氫產(chǎn)能，并在未來三年內(nèi)逐步形成200兆瓦新能源發(fā)電、10000噸綠氫的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

 電解海水制氫主要有兩方面優(yōu)勢(shì)：一是海上制氫可以解決海上可再生電力消納問題，二是海水資源豐富，相比淡水資源有數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)。

 而海水原位制氫技術(shù)優(yōu)勢(shì)更為明顯，集“海上風(fēng)電可再生能源利用-海水資源利用-氫能生產(chǎn)”為一體，有望實(shí)現(xiàn)將取之不盡的“海水資源”轉(zhuǎn)化為“海水能源”。另一方面，無淡化原位制氫技術(shù)還可以應(yīng)用在其他場(chǎng)景，如油田采油廢水、工業(yè)廢水、火電廠廢水、城市廢水等，擁有巨大的市場(chǎng)空間。

 但要仍需要認(rèn)識(shí)到，海水制氫技術(shù)仍處于發(fā)展的初級(jí)階段，技術(shù)成熟需要時(shí)間，需要各企業(yè)深入研究，攻克難題，共同推進(jìn)海水制氫產(chǎn)業(yè)化。未來，海水制氫要完善自身產(chǎn)業(yè)鏈，在制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫等各個(gè)環(huán)節(jié)都做到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)電解槽、海上運(yùn)輸、海工裝備等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。