海里“挖”氢，丰富全链条应用场景

　　谢和平

　　工业领域是绿氢率先实现规模化应用的主阵地。在钢铁工业中，氢可替代焦炭作为还原剂，推动冶炼工艺低碳化。在交通领域，氢燃料电池在长续航、高载重和快速补能场景中具有独特优势，可重点用于重型货车、城市公交、物流配送，并逐步拓展到船舶和航空器。低空经济也为氢能开辟了新空间，氢动力无人机续航时间长、补能快，可广泛应用于海洋巡检、电网巡线、应急救援等任务。在能源系统中，氢能可以与风电、光伏协同运行，实现大规模、长周期乃至跨季节储能，增强新型电力系统的调节能力。在微电网中，氢燃料电池还可提供热电联供，作为数据中心、医院等重要场所的备用电源。

　　大规模发展绿氢，需要同时解决绿色电力和淡水资源问题。我国部分风能、太阳能资源富集地区淡水资源相对紧张，而海洋拥有地球约97%的水资源，也汇聚了丰富的海上风能、太阳能等可再生能源。可以说，海洋是全球最大的“氢矿”，海水直接制氢有望把取之不尽的海水资源转化为绿色能源。然而，海水直接制氢并不容易。海水成分非常复杂，直接电解面临析氯副反应、催化剂失活、电解槽腐蚀等难点。现有的海水制氢方法，很难从根本上“抵抗”海水复杂成分导致的毒性和腐蚀性，更无法支撑真实海洋环境下的长时间稳定运行。

　　我们团队另辟蹊径，将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程与电化学反应相结合，创新提出了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢原理技术——通过选择性相分离界面，仅允许水分子通过，盐离子和杂质被彻底阻隔，实现了无须淡化、无须额外能耗地将海水当纯净水一样直接电解制氢。这一原创技术在真实海水中实现了超过3200小时稳定运行，相关成果发表于《自然》，并在福建兴化湾成功实现了全球首个海上风电海水无淡化原位直接电解制氢海试。现在正进一步将真实海洋环境多因素耦合作用纳入海水直接电解制氢的工程技术示范体系。

　　随着海水原位直接电解制氢技术的发展，未来有望实现在大海“就地发电、就地取水、就地制氢”的一体化模式。在深远海，海上风电、光伏和海水直接制氢可以构成多能互补系统。制取的氢气既可通过管道或船舶输送到陆地，也可原位转化为氨、甲醇等更便于储运的产品，还可直接为海上平台、远洋船舶、邮轮与海岛供能。由此形成的“海上新能源—海水制氢—氢基燃料”全链条体系，不仅能够减少远距离输电压力，还可能催生从海上新能源开发、海水制氢到氢基燃料生产和运输的完整产业链，拓展海洋能源开发空间。

　　随着海洋开发不断向深远海延伸，海基氢动力无人机还可依托风电平台和海上制氢设施形成网络化作业节点，开展高频次、自动化的设备巡检、海事监管、环境监测和搜救任务。这种能源供给与低空装备协同发展的模式，有望降低传统船舶长距离往返的时间和成本，提升深远海基础设施运行维护与突发事件响应能力。

　　相信通过基础研究、装备制造和应用场景协同创新，我国将不断完善从海水直接制氢到氢基燃料利用的完整产业链，为保障国家能源安全、推动绿色低碳转型和构建新型能源体系提供有力战略支撑。

　　（作者为中国工程院院士、四川大学学术委员会主任，本报记者宋豪新采访整理）