破解半世紀產業瓶頸 我國科學家打通海水直接制氫全鏈條 兆瓦級海試年內啟動
Apr 14,2026 | Adhesive
2026 年 4 月 9 日，四川大學、深圳大學謝和平院士團隊在國際頂級期刊《自然評論：清潔技術》（Nature Reviews Clean Technology）發表了題為《從微觀機理到宏觀工程：海水直接電解製氫的全路徑解析》的重磅研究成果。該研究首次將真實海洋環境的多因素耦合作用納入海水製氫研究體系，系統打通了從微觀反應機制到宏觀工程放大的全鏈條認知，創新性提出了海水直接電解製氫規模化產業化的系統評估框架，為全球「海洋綠氫」產業的發展填補了核心理論空白，也標誌著困擾國際學界半個世紀的海水製氫工程化難題迎來了關鍵突破。
破解資源困局：海水製氫為何是能源變革的戰略突破口？
在全球「雙碳」目標的推動下，綠氫作為零碳能源載體，已成為全球能源轉型的核心方向之一。但傳統電解水製氫技術始終面臨著難以突破的資源瓶頸：根據行業測算，傳統純水電解製氫每生產 1 公斤氫氣就需要消耗約 20 升高純度淡水。按照我國 2060 年碳中和目標下的氫能需求預測，屆時我國年氫氣需求量將達到 1.3 億噸，對應的製氫淡水消耗將高達 23 億噸，這一數字相當於深圳市全年的生活用水總量，也遠超我國沿海缺水地區的資源承載能力。
而海水佔據了地球水資源總量的 97%，如果能直接利用海水製氫，將徹底打破綠氫產業的淡水資源限制，同時依託我國長達 3.2 萬公裡的海岸線，實現綠氫產業的規模化布局。正因如此，海水直接製氫被全球學界視為推動能源體系變革、打破傳統能源資源稟賦限制的核心戰略突破口，更是各國搶佔未來能源安全制高點的關鍵賽道。
半世紀攻關困局：實驗室成果為何難落地？
早在上世紀 70 年代，國際學界就已經提出了海水直接電解製氫的構想，但半個世紀以來，這一技術始終停留在實驗室階段，難以實現規模化落地。
一方面，海水成分複雜，富含氯離子、鈣鎂離子等多種雜質，傳統技術路線始終無法徹底解決析氯副反應、催化劑中毒失活、設備腐蝕等行業共性難題；另一方面，絕大多數研究都基於實驗室的理想模擬海水體系開展，完全忽略了真實海洋環境中的複雜挑戰：海水成分的實時波動、風浪的機械擾動、鹽霧的長期腐蝕，以及海上可再生能源出力的間歇性波動，這些多因素耦合的複雜工況，導致實驗室的理想成果到了真實海洋環境中就完全無法穩定運行，實驗室與工程化應用之間的巨大鴻溝，成為了制約海水製氫產業化的核心瓶頸。
海水直接製氫的靜態與動態挑戰
全鏈條突破：從微觀機理到真實海洋工程的跨越
針對這一核心痛點，謝和平院士團隊的最新研究首次將研究視角從實驗室的理想體系，拓展到了真實的海洋工程場景，系統性破解了這一長期存在的脫節問題。
研究團隊首先系統梳理了海水直接電解過程的全部關鍵微觀機制，明確了複雜離子環境下析氧 / 析氯競爭反應、鈣鎂離子沉積動力學、界面傳質變化等核心過程，對系統穩定性與能量效率的影響機制，徹底解析了海水製氫的微觀作用原理。在此基礎上，團隊首次建立了微觀反應機制與宏觀系統運行之間的關聯認知準則，填補了領域內長期存在的微觀基礎研究與工程應用脫節的空白。
更重要的是，該研究首次構建了涵蓋材料性能、界面過程、裝置結構、海洋環境因素、可再生能源適配性的全維度系統評估框架。這一框架並非僅針對單一技術路線，而是為全球所有海水製氫技術路徑提供了統一、可量化的評估標準，為海水製氫的技術優化、工程設計與規模化放大提供了清晰的指引，標誌著海水製氫研究從過去的單一指標探索，正式邁入了面向實際工程應用的系統化、產業化推進新階段。
值得關注的是，團隊原創的相變遷移海水直接製氫技術，成為了這一評估框架的最佳實踐驗證。該技術曾於 2022 年發表於《自然》正刊，成功入選當年的「中國科學十大進展」：它通過界面壓差推動海水自發完成「液 — 氣 — 液」的相變傳質，從原理上徹底隔絕了海水雜質對電解系統的影響，無需對海水進行任何預處理，也無需額外能耗，就可以直接將海水等同於純水進行電解製氫，從根本上解決了腐蝕、副反應等半世紀難題，在真實海水工況下展現出了極強的長周期穩定運行能力。
產業化加速：兆瓦級海試年內落地 成本逼近灰氫
事實上，謝和平團隊早已將研究重心從實驗室轉向了工程化落地，此前已經完成了多次全球領先的工程驗證：
2023 年，團隊與東方電氣合作，在福建興化灣海上風電場完成了全球首次海上風電無淡化海水原位直接電解製氫的海上中試，在 3~8 級海風、0.3~1 米海浪的真實海洋工況下，系統實現了數百小時的穩定運行，甚至發現海浪的擾動反而優化了系統的傳質效率，首次驗證了真實海洋環境下海水製氫的可行性；
2025 年，聯合研發的 110 標方 / 小時分體式海水直接電解製氫系統，完成了累計超 1000 小時的長周期穩定運行驗證，標誌著該技術已經具備了規模化工程應用的基礎。
目前，團隊正與東方電氣、國家電投等大型央企深度合作，全力推進兆瓦級海水製氫海上示範項目，按照規劃，今年底就將完成規模化海上試驗，為後續的商業化推廣築牢基礎。
這一技術的產業化落地，也將帶來成本與效率的雙重革命：傳統的「海水淡化 + 電解製氫」路線中，淡化環節就佔據了 30%~40% 的製氫成本，而海水直接製氫徹底省去了這一環節，配合海上風電的低價綠電，海洋綠氫的成本有望降至 15~18 元 / 公斤，已經接近傳統灰氫的成本水平，商業化拐點正在加速到來。
與此同時，「海上風電 + 海水直接製氫」的組合，還完美解決了海上風電的消納與儲運難題：我國海上風電資源豐富，但長期面臨著輸電成本高、偏遠海域電力無法上岸的痛點，而通過海水製氫，海上風電可以就地轉化為氫能，實現能源的遠距離低成本儲運，真正實現了可再生能源的高效利用。
專家表示，該成果系統構建了海水直接製氫「微觀機制 — 系統放大 — 環境適應性」的全鏈條理論體系，不僅為全球海水製氫產業的發展提供了「中國方案」，更有望打造全新的「海洋綠氫」產業賽道，為我國的雙碳目標實現與能源安全戰略提供核心支撐。
内容來源及參考：
- 四川大學官方成果發布：谢和平院士团队解码海水直接制氢从基础研究到工程落地全路径
- 人民日報產業化報導：加速推进海水直接电解制氢产业化发展
- 深圳大學官方團隊成果介紹：谢和平院士团队:“微观 - 宏观 - 工程” 的 “海水直接制氢” 登上 Nature Reviews
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