全球淡水資源極其有限，僅占總水量的3.5%左右，而海水資源豐富，如何利用豐富的海水實現能源循環利用變得尤其重要。海水淡化是解決飲用水資源短缺問題的一個重要途徑，也是利用海水資源的一種可行方法，然而目前廣泛使用的蒸餾法和膜處理法都存在成本過高的問題。

 

加快氫能經濟體系建設，是實現碳達峰和碳中和的重要保證。日前，國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》提出，要“集中力量開展低成本可再生能源制氫等技術創新”“加快氫能技術研發和示范應用，探索在工業、交通運輸、建筑等領域規模化應用”。

 

海水占地球全部水量的96.5%,與淡水不同,其成分非常復雜,涉及的化學物質及元素有92種。海水的鹽度大約為35psu(35‰),其中鈉、鎂、鈣、鉀、氯、硫酸離子占海水總含鹽量的99%以上。海水中所含有的大量離子、微生物和顆粒等,會導致制取氫氣時產生副反應競爭、催化劑失活、隔膜堵寒等問題,為此,以海水為原料制氫形成了海水直接制氫和間接制氫兩種不同的技術路線。

 

海水直接制氫的路線主要通過電解水制氫或光解水制氫方式制取,全球主要研究機構有中國科學院、法國國家科學研究中心、日本東北工業大學、北京化工大學、印度科學工業研究理事會、美國休斯敦大學等；海水間接制氫則是將海水先淡化形成高純度淡水再制氫,即海水淡化技術與電解、光解、熱解等水解制氫技術的結合。

 

當前，全球90%以上的氫氣由碳基能源制取（煤制氫、天然氣制氫）。在不久前舉行的2021全球綠色發展高峰論壇上，中國工程院院士、深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長謝和平指出，如果把原料和碳匯考慮進去，水制氫是未來制氫的一個方向，但全球淡水資源短缺，因此“海水原位無淡化直接電解制氫技術在理論、技術及戰略上均具有重要意義”。

 

2021年7月，中國科學院寧波材料技術與工程研究所傳出消息，該所燃料電池技術團隊基于前期開發多年的扁管型固體氧化物燃料電池，創新性地嘗試了在高溫下進行海水電解制氫的研究。在未使用任何貴金屬催化劑的情況下，獲得了最高72.47%的能量轉化效率。長期實驗后電池的內部結構、成分和性能均未發生明顯變化，電解電壓亦遠低于室溫電解槽。

 

科研人員直接使用從寧波市近海取回的海水，采用鼓泡法，以氫氣為載氣攜帶海水揮發物，通入固體氧化物電解池在750℃下進行電解。該方法由于先將海水加熱蒸發，海水中的絕大部分雜質不與電解槽接觸，因而難以對電解槽造成破壞。

 

近日，天津大學教授朱勝利團隊與南開大學教授程方益團隊合作，提出一種高活性、低成本，在工業級電流密度下依然具有良好催化穩定性的催化劑——碳摻雜納米孔磷化鈷（C-Co2P），為海水電解大規模制氫提供了新視角。