海水制氫技術(shù)長(zhǎng)期面臨復(fù)雜海洋環(huán)境帶來的多重挑戰(zhàn)，國(guó)際研究多聚焦于催化劑優(yōu)化等單一環(huán)節(jié)，卻難以突破析氯副反應(yīng)、設(shè)備腐蝕等產(chǎn)業(yè)化瓶頸。傳統(tǒng)研究多基于理想化模擬海水條件，未充分考慮海洋成分波動(dòng)、能源供應(yīng)不穩(wěn)定等實(shí)際工況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室成果難以轉(zhuǎn)化為規(guī)模化應(yīng)用。這一困境成為制約"海洋綠氫"產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心障礙。

深圳大學(xué)謝和平院士團(tuán)隊(duì)近日取得突破性進(jìn)展，首次構(gòu)建了覆蓋微觀反應(yīng)機(jī)制到宏觀工程放大的全鏈條理論體系。該研究系統(tǒng)解析了復(fù)雜離子環(huán)境對(duì)電解系統(tǒng)穩(wěn)定性與能效的影響規(guī)律，建立了微觀運(yùn)行與宏觀工程之間的量化關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則，填補(bǔ)了基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之間的關(guān)鍵斷層。研究團(tuán)隊(duì)提出的相變遷移制氫路徑，通過界面壓差驅(qū)動(dòng)海水自發(fā)完成"液-氣-液"相變傳質(zhì)，從原理層面消除了海水組分對(duì)電解系統(tǒng)的毒性和腐蝕性影響。

這項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無需額外能耗即可將海水等同于純水進(jìn)行電解制氫，在真實(shí)海洋工況下連續(xù)運(yùn)行超3000小時(shí)未出現(xiàn)性能衰減。相關(guān)成果于2022年11月30日發(fā)表于《自然》雜志，并入選當(dāng)年中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。國(guó)際能源領(lǐng)域?qū)＜以u(píng)價(jià)稱，該研究"徹底解決了海水制氫領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的腐蝕性難題，為低成本清潔燃料生產(chǎn)開辟了新路徑"。2024年4月9日，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在《自然綜述：清潔技術(shù)》發(fā)表系統(tǒng)性評(píng)估框架，為全球海水制氫技術(shù)發(fā)展提供理論參照。

研究團(tuán)隊(duì)已將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景從實(shí)驗(yàn)室拓展至真實(shí)海洋環(huán)境，構(gòu)建了涵蓋材料耐久性、界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、裝置適配性、環(huán)境耦合效應(yīng)、能源匹配度等五個(gè)維度的全要素評(píng)估體系。該框架為技術(shù)優(yōu)化、工程設(shè)計(jì)和規(guī)模化生產(chǎn)提供了量化標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)海水制氫技術(shù)進(jìn)入工程化評(píng)估新階段。目前團(tuán)隊(duì)正與東方電氣、國(guó)家電投等企業(yè)合作推進(jìn)兆瓦級(jí)海上制氫示范項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2024年底完成規(guī)模化海試，加速創(chuàng)新成果從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化進(jìn)程。

這項(xiàng)突破不僅為"海上風(fēng)電+海水制氫"新型產(chǎn)業(yè)模式奠定技術(shù)基礎(chǔ)，更助力我國(guó)在"海洋綠氫"領(lǐng)域占據(jù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。通過與海上可再生能源的深度耦合，該技術(shù)有望構(gòu)建零碳能源生產(chǎn)體系，為全球碳中和目標(biāo)提供具有中國(guó)特色的解決方案，同時(shí)強(qiáng)化國(guó)家能源戰(zhàn)略安全保障。