电解海水制氢

全球淡水资源极其有限，仅占总水量的3.5%左右，而海水资源丰富，如何利用丰富的海水实现能源循环利用变得尤其重要。海水淡化是解决饮用水资源短缺问题的一个重要途径，也是利用海水资源的一种可行方法，然而目前广泛使用的蒸馏法和膜处理法都存在成本过高的问题。

加快氢能经济体系建设，是实现碳达峰和碳中和的重要保证。日前，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出，要“集中力量开展低成本可再生能源制氢等技术创新”“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”。

海水占地球全部水量的96.5%,与淡水不同,其成分非常复杂,涉及的化学物质及元素有92种。海水的盐度大约为35psu(35‰),其中钠、镁、钙、钾、氯、硫酸离子占海水总含盐量的99%以上。海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等,会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵寒等问题,为此,以海水为原料制氢形成了海水直接制氢和间接制氢两种不同的技术路线。

海水直接制氢的路线主要通过电解水制氢或光解水制氢方式制取,全球主要研究机构有中国科学院、法国国家科学研究中心、日本东北工业大学、北京化工大学、印度科学工业研究理事会、美国休斯敦大学等；海水间接制氢则是将海水先淡化形成高纯度淡水再制氢,即海水淡化技术与电解、光解、热解等水解制氢技术的结合。

当前，全球90%以上的氢气由碳基能源制取（煤制氢、天然气制氢）。在不久前举行的2021全球绿色发展高峰论坛上，中国工程院院士、深圳大学深地科学与绿色能源研究院院长谢和平指出，如果把原料和碳汇考虑进去，水制氢是未来制氢的一个方向，但全球淡水资源短缺，因此“海水原位无淡化直接电解制氢技术在理论、技术及战略上均具有重要意义”。

今年7月，中国科学院宁波材料技术与工程研究所传出消息，该所燃料电池技术团队基于前期开发多年的扁管型固体氧化物燃料电池，创新性地尝试了在高温下进行海水电解制氢的研究。在未使用任何贵金属催化剂的情况下，获得了最高72.47%的能量转化效率。长期实验后电池的内部结构、成分和性能均未发生明显变化，电解电压亦远低于室温电解槽。

科研人员直接使用从宁波市近海取回的海水，采用鼓泡法，以氢气为载气携带海水挥发物，通入固体氧化物电解池在750℃下进行电解。该方法由于先将海水加热蒸发，海水中的绝大部分杂质不与电解槽接触，因而难以对电解槽造成破坏。

近日，天津大学教授朱胜利团队与南开大学教授程方益团队合作，提出一种高活性、低成本，在工业级电流密度下依然具有良好催化稳定性的催化剂——碳掺杂纳米孔磷化钴（C-Co2P），为海水电解大规模制氢提供了新视角。