产经聚焦丨海水制氢渐行渐近

　　在全球能源转型的浪潮中，氢能作为“21世纪终极能源”，凭借清洁、高效、可持续的特性，在能源领域掀起变革风暴。而传统电解水制氢需消耗淡水资源，在一些特殊场景存在应用瓶颈。广袤的海洋，覆盖地球约71%的面积，是地球上最大的氢矿，海水制氢技术应运而生，有望破解这一难题。

双轨并行：海水制氢技术路径解析

　　氢气在石油石化行业用途广泛，在炼油加工方面，氢气可在加氢脱硫、加氢裂化和加氢精制等工艺中改善产品质量，也可用于催化剂再生、保护气及废气处理。氢气是合成氨、甲醇的关键原料，可以生产化肥、塑料等产品。绿氢替代化石燃料制氢，为燃料电池供能的同时，可减少碳排放，助力绿色转型。

　　当前主要有天然气重整制氢、煤气化制氢、工业副产氢、电解水制氢以及生物质、光解水、核能制氢等方式。在能源转型中，绿氢和蓝氢将成为低碳制氢的主要发展方向，其中，电解水制氢作为绿氢生产的核心技术路径，主要分为碱性电解水(AWE)制氢、质子交换膜电解水(PEM)制氢、固体氧化物电解水(SOEC)制氢、阴离子交换膜电解水(AEM)制氢以及海水电解制氢技术。

　　由于海水中含有约3.5%的盐类，会对制氢过程产生严重影响，因此相较于常规电解水制氢，海水电解制氢对关键材料、关键设备提出了更高要求。目前海水电解制氢技术主要分为两种：一是海水淡化与碱水制氢(AWE)或质子交换膜(PEM)制氢耦合;二是直接以海水为原料进行电解制氢。多数示范装置采用第一种技术路线，海水淡化与碱水制氢均具有较高的技术成熟度，且易实现工业化应用。直接海水电解制氢技术分为以膜系统为核心的海水无淡化电解制氢技术和以耐腐蚀材料为核心的技术方案。海水无淡化电解制氢技术通过特殊膜材料与碱水制氢电解槽的耦合匹配，利用浓度驱动原理将海水中杂质离子与制氢电解槽循环液进行有效的隔离，以此实现海水稳定制氢过程。该技术的核心是膜材料的开发，本质上电解槽内仍为纯水。以耐腐蚀材料为核心的技术方案则是通过匹配耐腐蚀、高活性的电极、高传质极板以及特定工艺来解决杂质离子对制氢工况的影响，实现装置的稳定运行。

重大跨越：海水制氢技术攻坚突破

　　20世纪70年代，科学家提出海水直接电解制氢的构想。近半个世纪以来，国内外研究团队一直在进行相关研究。

　　“十四五”以来，鼓励氢能产业发展的各项政策和规划持续发布。2021年9月，《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出，加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用，统筹推进氢能“制储输用”全链条发展。2021年10月，《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》要求，加快氢能技术研发和示范应用，探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。2022年3月，国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》。此外，许多省市和央企、国企也对氢能产业进行了前瞻布局。

　　2021年，中石化大连院在中石化科技部的支持下，针对海水中杂质离子的影响规律，通过耐腐蚀电极材料、高传质流道设计以及特定电解液净化模块的开发，在克服杂质离子对制氢工况影响的同时，实现多产品并行生产，进一步提高海水的综合利用率。

　　2024年12月，中石化大连院联合青岛炼化公司围绕海水直接电解制氢技术涉及到的关键材料、设备以及工艺进行研发并取得重大技术突破，建成我国首个工厂化海水制氢科研项目。装置产氢量20标准立方米/时，产出的氢气符合GB/T37244-2018中燃料电池车用氢气的要求，直接并入青岛炼化氢气管网，加速了未来海水直接电解制氢技术的工业化进程。

多方施策：推动海水制氢工业化落地

　　尽管海水电解制氢产业化取得进展，但实现大规模、持续稳定发展仍面临不小挑战。一是技术大型化发展面临挑战。海水成分复杂，包含92种化学元素及大量微生物，给海水直接电解制氢带来诸多技术挑战，特别是目前已突破的技术大多集中在中试阶段，且运行时间较短，从中试到工程化放大仍有很多问题需要解决。二是电能的成本较高以及可再生能源电力供应不稳定。制氢装置与波动电源之间的匹配性、兼容性问题会给设备稳定运行带来新挑战，直接或间接阻碍了海水电解制氢产业化的发展。同时，电解水制氢整体成本偏高，在整个制氢市场的占有率低，海水电解制氢技术商业化的动力不足。三是海水电解制氢技术及安全标准与规范不完善。相比常规电解水制氢，海水直接电解制氢对水质原料的包容性更高，但需明确不同杂质最高阈值，使海水直接电解制氢行业规范化发展。

　　针对以上问题，专家给出如下建议：一是以国有大型能源企业研发机构为主体，依托重点实验室、重大科技项目、重大科技专项等，打造大型化应用示范案例，加速海水直接电解制氢技术的大型化研发示范。二是多渠道保障绿电稳定供应。加大绿电稳定供应的研究，在沿海地区建立海陆电网互联机制，依靠风电、水电、光电等多能互补，保证制氢端的稳定供电。将绿电稳定供应与储能结合，实现制氢装置的稳定供电，并降低电力并网费用。三是建立标准与规范。建立完善技术和安全的相关标准与规范体系，促进行业健康发展;建立不同区域海水品质数据库，形成区域性定制化的海水电解制氢技术库，提高技术应用的灵活性。

　　展望未来，中石化大连院将与青岛炼化持续开展海水制氢工厂化、规模化应用攻关，建设示范装置，探索通过氢能技术消纳沿海地区和海上绿电资源，以及石化企业高含盐废水资源化利用的技术路径。

　　本文刊载于《中国石油和化工》2025年4月刊产经聚焦栏目