半個(gè)世紀(jì)卡脖子，全球巨頭調(diào)整研發(fā)方向；中國團(tuán)隊(duì)一招破局，連續(xù)運(yùn)行5000小時(shí)零結(jié)垢——被貼上“理論可行、現(xiàn)實(shí)無解”標(biāo)簽的海水制氫，為何突然被中國改寫結(jié)局？

中國海水制氫技術(shù)的突破性進(jìn)展，背后藏著怎樣的能源革命密碼？

在全球碳中和競速賽中，綠氫被視作終極能源方案之一。地球表面71%被海水覆蓋，海水制氫若能落地，人類將徹底擺脫能源資源約束。

但半個(gè)多世紀(jì)以來，這一美好設(shè)想始終困在“結(jié)垢”死局中，蒂森克虜伯、Nel Hydrogen等國際巨頭耗費(fèi)巨資研發(fā)，后因技術(shù)瓶頸調(diào)整方向轉(zhuǎn)向其他電解水制氫領(lǐng)域。就在行業(yè)集體面臨困境之際，中國科研團(tuán)隊(duì)的突破讓全球重新審視這一領(lǐng)域。

要理解這場突破的意義，首先得搞懂海水制氫的核心困境。電解水制氫的原理早已成熟，但海水中含有的大量鎂離子，成了致命障礙。

當(dāng)電流通過海水時(shí)，陰極會產(chǎn)生氫氧根離子，二者迅速結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀。就像家里燒水壺的水垢一樣，這些沉淀會牢牢附著在電極表面，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，電極有效反應(yīng)面積不斷縮小，電阻飆升，能耗驟增，最終整個(gè)系統(tǒng)徹底報(bào)廢。

為解決這個(gè)問題，全球科研界曾嘗試兩條主流路徑。一條是先淡化海水再電解，但海水淡化本身就是高能耗、高成本過程，會讓制氫成本翻倍，完全不具備商業(yè)價(jià)值。

另一條是頻繁清洗、更換電極，可這意味著系統(tǒng)無法長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，工業(yè)化生產(chǎn)無從談起。這也讓海水制氫長期停留在實(shí)驗(yàn)室階段，成了能源領(lǐng)域的“雞肋”。

中國團(tuán)隊(duì)的破局思路，跳出了傳統(tǒng)的“對抗性思維”。他們沒有糾結(jié)于如何去除鎂離子，也沒有試圖阻止沉淀生成，而是從日常生活中的不粘鍋獲得靈感：既然無法避免物質(zhì)生成，能否讓它無法附著？

基于這一思路，海南大學(xué)聯(lián)合中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的研究人員在鉑電極表面引入碘離子，構(gòu)建出特殊的界面電化學(xué)環(huán)境。

這一設(shè)計(jì)的巧妙之處在于，它沒有改變電解反應(yīng)的本質(zhì)，也沒有增加復(fù)雜的外部設(shè)備，而是通過精準(zhǔn)調(diào)控微觀反應(yīng)條件，讓氫氧化鎂沉淀在生成瞬間就被界面排斥力“推離”電極表面。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了最直接的證明：采用該技術(shù)的海水電解裝置，連續(xù)運(yùn)行超過5000小時(shí)后，電極表面幾乎沒有明顯結(jié)垢，制氫效率始終保持穩(wěn)定。要知道，此前行業(yè)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)體系，能穩(wěn)定運(yùn)行幾百小時(shí)就已屬罕見。

更關(guān)鍵的是，這項(xiàng)技術(shù)具備極強(qiáng)的工程兼容性?，F(xiàn)有電解槽只需在電極材料選型和表面處理工藝上進(jìn)行調(diào)整，就能完成升級，改造成本相對可控。

建成25千瓦級中試裝置，實(shí)現(xiàn)氫氣純度≥99.999%的同時(shí)，還能聯(lián)產(chǎn)淡水，堿性電解槽直流電耗≤4.2kWh/Nm3H?，電能利用率比傳統(tǒng)裝置提高13.9%。

如果說解決結(jié)垢問題讓海水制氫具備了技術(shù)可行性，那么對副產(chǎn)物價(jià)值的挖掘，則讓它實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)價(jià)值的優(yōu)化。

在傳統(tǒng)思路中，氫氧化鎂沉淀是必須處理的廢料，但中國團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種在制氫過程中自然生成的氫氧化鎂，是純度極高的工業(yè)原料，在阻燃材料、環(huán)保處理、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域有著穩(wěn)定需求。

更具顛覆性的是產(chǎn)量配比：每生產(chǎn)1公斤氫氣，就能聯(lián)產(chǎn)15公斤高純度氫氧化鎂。這一比例徹底優(yōu)化了海水制氫的經(jīng)濟(jì)模型。

以往制氫項(xiàng)目的所有成本都壓在氫氣身上，而現(xiàn)在氫氧化鎂的價(jià)值可基本抵消制氫成本，氫氣的邊際成本被大幅攤薄。這種雙收益閉環(huán)，讓海水制氫從高成本陷阱中突圍。

當(dāng)前中國海水制氫相關(guān)技術(shù)仍處于工程樣機(jī)驗(yàn)證階段，成本持續(xù)優(yōu)化中。以上海交大研發(fā)的新型非貴金屬催化劑為例，已將電解效率提升至82%，大連理工的3D打印電解槽框架更實(shí)現(xiàn)了27%的成本降低，這些技術(shù)突破正在持續(xù)完善產(chǎn)業(yè)鏈。

東方電氣集團(tuán)與謝和平院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)的110標(biāo)方/小時(shí)海水直接電解制氫設(shè)備系統(tǒng)，國產(chǎn)化率已超過80%，累計(jì)運(yùn)行時(shí)長突破1000小時(shí)，標(biāo)志著技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化邁出關(guān)鍵一步。

這項(xiàng)技術(shù)的突破，早已超越單一科研成果的意義，正在重塑全球能源競爭格局。目前全球海水電解系統(tǒng)市場規(guī)模增長潛力顯著，中歐美三國已形成差異化競爭賽道。

歐盟通過“RepowerEU”計(jì)劃設(shè)定2030年2000萬噸綠氫目標(biāo)，全力推進(jìn)4萬公里氫氣管網(wǎng)建設(shè)；美國借助IRA法案給予電解系統(tǒng)30%稅收抵免，吸引企業(yè)加大投入。

中國則在渤海灣、山東、廣東等地推進(jìn)百千瓦級、250千瓦級等海上制氫示范項(xiàng)目及中試裝置建設(shè)，積極發(fā)展“風(fēng)光儲氫一體化”模式。

在海上風(fēng)電領(lǐng)域，海水制氫的價(jià)值更是凸顯。海上風(fēng)電普遍面臨發(fā)電波動大、并網(wǎng)消納難的問題，若在風(fēng)電平臺就近開展海水制氫，就能將多余電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存，不僅減少棄風(fēng)率，還能擺脫對淡水資源的依賴。

如今“風(fēng)能—?dú)淠堋币惑w化海上能源島的概念已從設(shè)想走向工程規(guī)劃，成為未來能源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。如東方電氣集團(tuán)與謝和平院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“東福一號”全球首個(gè)海上直接制氫漂浮平臺，已在福建興化灣成功與海上風(fēng)電場對接，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超240小時(shí)。

配套技術(shù)的突破更讓這一圖景加速落地。殼牌與三菱重工聯(lián)合開發(fā)的液態(tài)有機(jī)氫載體（LOHC）技術(shù)，可降低儲運(yùn)成本40%，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）也在推進(jìn)氫能國際標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)，為海水制氫的全球化推廣掃清障礙。

按照中國“十四五”氫能規(guī)劃，2025年前將建成10個(gè)海水制氫示范基地，形成48萬噸綠氫產(chǎn)能，屆時(shí)將進(jìn)一步推動交通、工業(yè)等領(lǐng)域的綠氫替代。

回望這場跨越半個(gè)世紀(jì)的技術(shù)突圍，真正值得關(guān)注的不僅是5000小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更是中國科研團(tuán)隊(duì)“不堆復(fù)雜度、只抓核心點(diǎn)”的技術(shù)哲學(xué)。

能源轉(zhuǎn)型從來不是靠單一黑科技完成的，而是由一個(gè)個(gè)扎實(shí)落地的細(xì)節(jié)突破累積而成。

當(dāng)綠氫成本持續(xù)下降，當(dāng)海上能源島逐步落地，未來我們或許會習(xí)以為常地使用廉價(jià)綠氫驅(qū)動汽車、加熱工廠。

那時(shí)可能很少有人會記得，這場能源革命的起點(diǎn)，是一個(gè)源于不粘鍋的靈感，是一次跳出傳統(tǒng)思維的破局。但正是這些藏在細(xì)節(jié)里的智慧，讓人類離清潔能源的終極目標(biāo)越來越近。