科学家解码海水直接制氢全路径中国科学报

4月9日，中国工程院院士、深圳大学深地科学与绿色能源研究院院长谢和平团队在《自然综述:清洁技术》发表最新研究。研究团队将真实海洋环境多因素耦合作用纳入海水制氢研究体系，系统打通了从微观反应机制到宏观工程放大的全链条认知，创新性提出海水直接电解制氢规模化产业化应用的系统评估框架，为“海洋绿氢”产业发展提供了核心理论支撑与方向指引。

能源是人类社会发展的基石，更是全球高科技竞争和战略博弈的制高点。氢能是21世纪重要的终端能源之一，而现有制氢依赖化石能源重整或纯水电解，前者伴随大量碳排放，后者受电力供给与淡水资源双重限制，难以满足双碳战略与全球能源转型的巨大需求。

海水直接制氢是推动能源体系变革的核心战略突破口，更是全球各国确保能源安全与能源自主的未来发展趋势。

真实海洋环境视角下的海水制氢。深圳大学供图

海水直接电解制氢的构想自上世纪70年代提出以来，国际上的研究多聚焦于催化剂改性、非对称电解和膜孔筛分，始终未能彻底解决海水复杂组分引发的析氯副反应、催化剂失活、系统腐蚀等行业共性难题。此外，绝大多数研究基于理想模拟海水体系开展，缺乏对真实海洋环境中海水成分波动、风浪扰动、盐雾腐蚀、可再生能源出力波动等多因素耦合作用的系统认知，导致实验室成果与工程化应用之间存在巨大鸿沟，成为制约海水制氢规模化落地的核心瓶颈。

为此，研究团队系统梳理了海水直接电解过程的关键微观机制，明确了复杂离子环境下析氧/析氯竞争反应、钙镁离子沉积、界面传质变化等对海水直接电解制氢系统的稳定性与能量效率影响作用机制；并结合国际主流技术路线，系统分析了不同方案的工程放大适用性与局限性，首次建立了微观反应机制与宏观系统运行之间的关联认知准则，填补了领域内微观基础与工程应用脱节的研究空白。

其中，谢和平团队原创的相变迁移海水直接制氢路径，通过界面压差驱动海水自发“液-气-液”相变传质，从原理上彻底避免了海水复杂组分对电解系统的毒性和腐蚀性难题，实现了无额外能耗下将海水等同于纯水直接电解制氢，在真实海水工况下展现出极强的长周期稳定运行潜力，成为本文提出的系统评估框架的实践案例验证。

该文章将研究视角从实验室理想体系拓展至真实海洋工程场景，构建了涵盖材料性能、界面过程、装置结构、海洋环境因素、可再生能源适配性的全维度系统评估框架，为海水制氢全链条技术优化、工程化设计与规模化放大提供了清晰、可量化的指导标准，标志着海水直接电解制氢研究从单一指标探索，正迈入面向实际工程应用的系统化评估和工程产业化推进新时代。

此外，该研究系统梳理了海水直接制氢“微观机制—系统放大—环境适应性”的发展脉络和全链条理论体系，明确了真实海洋场景下的核心研究方向，不仅为全球海水制氢不同技术路径的协同发展提供了统一的理论参考，更为推动海水直接制氢技术从实验室迈向规模化产业化应用奠定了理论基础。