海水资源储备丰富，电解海水制氢市场前景广阔。但相较常规电解水制氢，海水中约3%的盐含量及杂质中的氯离子对电解海水制氢关键材料和关键设备提出了更高要求。电解海水制氢难度有多大？如何破解这一难题？敬请关注本版专题。

 本版文图由大连院 孙宝翔 王红涛 杨 阳 提供

 在全球能源转型的浪潮中，氢能作为“21世纪终极能源”，凭借清洁、高效、可持续的特性，在能源领域掀起变革风暴。它不仅为交通领域的低碳化转型提供了解决方案，还可助力工业脱碳，在化工、冶金等行业大显身手，推动“双碳”目标加速实现。

 然而，制取1千克氢至少要消耗9千克水，在传统电解水技术路径中，巨量的淡水资源消耗是制约氢能产业发展的关键瓶颈之一。 科学家把目光投向海洋，海洋覆盖地球约71%的面积，是地球上最大的氢矿，从海水中取氢成为未来氢能发展的重要方向。

 电解海水制氢方式双管齐下

 相较常规电解水制氢，电解海水制氢对关键材料和关键设备提出更高要求。目前，电解海水制氢技术主要分为海水淡化与碱水制氢（AWE）或质子交换膜（PEM）制氢耦合；直接以海水为原料进行电解海水制氢。

 电解海水制氢需消耗大量电能。在我国沿海地区和海域，风能、太阳能等绿电资源和海水资源都很丰富，具备绿电生产绿氢的资源优势。电解海水制氢不仅节省宝贵的淡水资源，而且能将不稳定且较难储存的绿电资源转化为相对容易储存和消纳的绿氢资源。

 海水中约3%的盐含量及杂质中的氯离子，会对电解设备电极造成腐蚀，阳离子的沉积可能堵塞设备孔道，降低电解效率甚至损坏设备。这些亟待解决的技术难题，成为电解海水制氢产业化的拦路虎。

 相较常规电解水制氢，电解海水制氢对关键材料和关键设备提出更高要求。目前电解海水制氢技术主要分为两种：一是海水淡化与碱水制氢（AWE）或质子交换膜（PEM）制氢耦合；二是直接以海水为原料进行电解海水制氢。目前，多数示范装置均采用第一种技术路径，海水淡化与碱水制氢均具有较高的技术成熟度且易实现工业化应用。

 电解海水制氢技术分为以膜系统为核心的海水无淡化电解制氢技术和以耐腐蚀材料为核心的电解制氢技术。海水无淡化电解制氢技术通过特殊膜材料与碱水制氢电解槽耦合匹配，利用浓度驱动原理将海水中杂质离子与制氢电解槽循环液进行有效隔离，以此实现海水稳定制氢，该技术的核心是膜材料的开发，本质上电解槽内仍为纯水。以耐腐蚀材料为核心的电解制氢技术则是通过匹配耐腐蚀、高活性的电极、高传质极板及特定工艺来消除杂质离子对制氢工况的影响，以实现装置稳定运行。

 电解海水制氢技术取得积极进展

 电解海水制氢技术将与海上风电等可再生能源发电技术相结合，实现深远海可再生电力的就地消纳，大幅降低电力传输和制氢成本，形成以绿氢为核心的海上可再生能源综合利用新模式。

 20世纪70年代初，科学家提出电解海水制氢的构想。半个世纪以来，国内外研究团队一直在进行相关研究，电解海水制氢技术攻关接连取得进展。

 2021年，中国石化大连院在集团公司科技部的支持下，积极布局电解海水制氢技术，并取得阶段性进展。针对海水中杂质离子的影响规律，项目团队通过耐腐蚀电极材料、高传质流道设计及特定电解液净化模块的开发，在克服杂质离子对制氢工况影响的同时，实现多产品并行生产，进一步提高了海水的综合利用率。

 2023年2月，澳大利亚皇家墨尔本理工大学研究人员宣布，通过由掺氮磷化镍钼片制成的新型催化剂，可以直接从海水中产生高效、低成本的绿色氢气。同年4月，美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究团队在《焦耳》杂志发布最新研究成果，称把海水输送到双膜系统和电力设施中，可将氢气从海洋中分离出来，且不会产生大量的有害副产品。

 6月，由谢和平院士团队与东方电气集团联合开展的全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术在福建兴化湾海上风电场中试成功，项目采用3台0.4标准立方米/小时样机并联，每小时总处理量达1.3标准立方米，为海水制氢产业化进程加速带来了希望。

 2024年6月，深圳能源集团牵头深圳氢致能源有限公司和深圳妈湾电力有限公司联合开发的首个百标准立方米级电解海水制氢示范工程在深圳妈湾电厂开展示范应用，制氢量100标准立方米/小时，海水制氢技术和实践呈现“井喷式”推进。

 7月18日，谢和平院士团队与东方电气联合开展的10标准立方米/小时海水无淡化直接电解制氢样机试运行顺利突破240小时。

 12月12日，中国石化大连院联合青岛炼化公司围绕电解海水制氢技术涉及的关键材料、设备及工艺进行相关研发并取得重大技术创新突破，建成我国首个工厂化海水制氢科研项目，装置产氢量为2×10标准立方米/小时，产出的氢气符合GB/T37244-2018燃料电池车用氢气要求，直接并入青岛炼化厂内氢气管网，加快了电解海水制氢技术的工业化进程。

 12月20日，全球首台（套）兆瓦级电解海水制氢装置在中海油能源发展股份有限公司兆瓦级电解海水制氢示范中试基地试运行成功。

 2025年3月，北京化工大学孙晓明团队在《自然》杂志发表文章，揭示了耦合波动性可再生能源电解海水过程中制氢阴极存在的氧化与腐蚀等问题，并基于此提出原位构建多层钝化结构以抵抗停车工况下阴极的氧渗透，为消除碱性电解槽和阴离子交换膜电解槽耦合波动性能源瓶颈提供了解决方案。

 业内专家表示，电解海水制氢技术将与海上风电等可再生能源发电技术相结合，实现深远海可再生电力的就地消纳，大幅降低电力传输和制氢成本，形成以绿氢为核心的海上可再生能源综合利用新模式。

 规模化应用面临多重挑战

 技术大型化发展面临挑战，电能的成本较高及可再生能源电力供应不稳定，电解海水制氢技术及安全相关标准与规范不完善。

 尽管电解海水制氢产业化已取得积极进展，但实现大规模、持续稳定发展仍面临挑战。

 首先，技术大型化发展面临挑战。海水成分复杂，包含92种化学元素及大量微生物，这给直接电解海水制氢带来诸多挑战，特别是目前已突破的技术大多集中在中试阶段且运行时间较短，从中试到工程化放大阶段仍有很多问题需要解决。

 其次，电能的成本较高及可再生能源电力供应不稳定。制氢装置与波动电源之间的匹配性、兼容性问题会给设备稳定运行带来新挑战，阻碍海水制氢产业化发展。同时，电解海水制氢整体成本偏高，在制氢市场占有率低，海水制氢技术商业化的迫切性不足。

 最后，海水制氢技术及安全相关标准与规范不完善。相比常规电解水制氢，电解海水制氢对水质原料的包容性更高，需明确不同杂质最高阈值，促进海水制氢行业规范化发展。

 针对以上问题，大连院海水制氢技术研发团队提出建议。一是以国有大型能源企业研发机构为主体，依托重点实验室、重大科技项目、重大科技专项等，打造大型化应用示范案例，加速海水制氢技术的大型化研发示范。

 二是多渠道保障绿电稳定供应，加大研究力度，在沿海地区建立海陆电网互联机制，依靠风电、水电、光电等多能互补，保证制氢端的稳定供电，并将绿电稳定供应与储能相结合，实现制氢装置的稳定供电，降低电力并网费用。

 三是建立完善的技术和安全的相关标准与规范体系，促进行业健康发展，建立不同区域海水品质数据库，形成区域性定制化的