近日，我所能源催化转化全国重点实验室能源与环境小分子催化研究中心（509组群）邓德会研究员、刘艳廷副研究员团队在海水制氢领域取得新进展。团队提出并验证了“能量与物质互补利用”的海水制氢联产淡水（STHW）技术路线，建成的250千瓦级系统实现高效稳定运行，为海洋绿电规模化绿氢制备与海水资源化综合利用提供了技术支撑。
依托可再生能源开展电解水制氢，是发展绿色氢能经济的重要技术路径之一。海水储量丰富，以海水作为制氢原料，有望破解传统电解水高度依赖淡水资源的行业瓶颈。然而，海水直接电解仍面临副反应干扰、电极腐蚀、膜组件堵塞等技术难题；而“先淡化、后电解”的工艺路线，又存在海水淡化装备投资高、整体能耗大的短板。与此同时，现有商业化碱性电解水装置工作过程中约30%电能转化为80至90°C低品位废热，工业场景中这部分热量难以回收利用，往往需要配套冷却水系统予以移除，进一步增加了系统能耗与淡水消耗。因此，开发低能耗、高稳定性的海水规模化制氢新路径，成为行业亟待攻克的关键科学和技术难题。
邓德会团队长期从事能源与环境小分子的催化转化研究，前期在电解水制氢方面取得系列进展（J. Am. Chem. Soc，2026；Angew. Chem. Int. Ed.，2026；Joule，2025；Adv. Funct. Mater.，2025；Angew. Chem. Int. Ed.，2024；Matter，2023；ACS Catal.，2022；Sci. Bull.，2021；Adv. Mater.，2020；Nano Energy，2018；Nat. Commun.，2017；Energy Environ. Sci.，2016；Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Energy Environ. Sci.，2015；RSC Adv.，2014；Energy Environ. Sci.，2014）。针对上述挑战，团队提出并系统验证了“能量与物质互补利用”的海水制氢联产淡水技术路线，将电解水制氢与海水低温淡化进行深度耦合集成，充分回收利用电解产生的低品位废热驱动海水负压低温蒸馏淡化。系统产出的淡水，既可满足电解装置自身用水需求，还能够实现淡水额外供给；系统产生的浓海水，还可作为原料进一步开展盐、铀、溴等海洋资源提取回收，实现物质多级利用。
基于该技术思路，团队完成系统集成与逐级放大：20千瓦中试系统可产出3.8Nm3/h氢气、联产1.2kg/h淡水，稳定运行超过100天；进一步放大至250千瓦级系统，可实现每小时产出48Nm3高纯度氢气（纯度达99.9999%），同步联产32kg/h淡水，相比传统碱性电解水制氢，系统电能利用率提升14.4%，稳定运行超过40天。
该技术此前建成的中试系统已于2023年通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果评价，被认定为国际领先水平；250千瓦级海水制氢联产淡水装置于2024年8月完成建设并顺利开车。本工作从科学原理创新、工艺耦合优化到工程系统放大开展全链条验证，为海上风电、波浪能等绿电耦合制氢、海水资源综合利用奠定科学基础与工程技术支撑。
相关研究成果以“A 250-kilowatt system for co-production of hydrogen and fresh water from seawater”为题，发表在《自然—能源》（Nature Energy）上。期刊同期发表了题为“一体化的蒸馏与电解系统（A unified distillation and electrolysis system）”的专家评述文章，对该成果进行了介绍。我所509组群博士研究生蒋赏、朱培鑫高级工程师为论文共同第一作者。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、辽宁滨海实验室、辽宁省科技重大专项、我所创新基金等项目资助。（文/图 蒋赏）
