海洋覆盖地球大部分表面,却长期没有成为大规模制氢的低成本水源。制约这条路线的不只是海水数量,更是盐分、腐蚀和副反应带来的工程难题。
中国科研团队围绕海水无淡化直接电解制氢的研究,为这一难题提供了新思路。它与海上风电结合后,有望把海洋可再生能源转化为工业所需氢气,为中国拓展能源来源、增强产业竞争力创造机会。石油价格是否会因此大跌,还要看技术能否跨过成本、规模和市场应用等关口。
从石油到氢能,能源竞争的核心不只是寻找新燃料,还包括生产成本、供应稳定性、运输效率和产业链控制能力。中国技术值得关注,正因它从制氢源头减少处理环节,让难以直接利用的海水资源有机会进入能源生产体系。
石油之所以影响全球经济,是因为它早已嵌入现代工业各环节:汽油柴油承担交通,航空燃料支撑民航物流,石脑油等原料广泛用于塑料、化纤和化工产品。油价上涨会让运输、制造和生活消费承压;对石油进口需求大的经济体,国际油价变化还会影响外汇支出、产业成本和能源安全。
中国能源消费规模庞大,供应既要考虑价格,也要考虑长期稳定。发展新能源,不是简单拿掉石油,而是通过多种技术路线降低对单一资源依赖。风电、太阳能、核电、电动汽车和氢能各有适用场景,谁能将这些技术与本国工业结合,谁就在未来能源竞争中争取更大主动权。
氢气受关注,因为既可作燃料,也可作工业原料。炼油、合成氨、甲醇生产和部分冶金流程都需要氢。
若能利用风能、太阳能制氢,就有机会降低部分工业对化石燃料的依赖。但氢气并非天然免费,需要其他能源投入制取,其优势取决于制氢效率、电力价格、设备寿命和储运成本。
海水直接制氢从这些现实问题出发。淡水电解技术较成熟,但海水成分复杂,直接进入电解系统可能引发电极腐蚀、氯相关副反应和材料性能衰减。
海水中还有悬浮物、微生物和其他化学成分,长期运行可能污染设备、增加检修。若沿用先淡化再净化再电解的流程,海上制氢就需额外水处理设施。
这些问题在陆地上尚可用成熟工程手段处理,到了海上,设备重量、安装空间和维修成本都更敏感。海上风电场能提供可再生电力,却不能自动解决制氢装置的耐腐蚀和稳定运行。如何不经常规淡化让电解系统获得适宜水分、减少盐分干扰,成为研究关键。
2022年11月30日,谢和平院士团队在《自然》发表海水原位直接电解制氢研究,利用特殊膜结构和水分传输机制在真实海水中制氢。其思路不是让海水物质直接参与电解,而是通过装置设计减少盐分和杂质影响,避免传统淡化流程的额外负担。
研究成果公布后,技术验证向工程应用推进。
团队研发海水原位直接电解制氢装置并连续运行测试,早期装置每小时产氢约1.3标准立方米,纯度99.9%至99.99%,连续运行3200小时。这表明直接利用海水制氢并非只有理论可能,设备已过持续运行和海洋环境验证。
2023年,团队与相关单位在福建兴化湾开展海上风电耦合制氢试验。与实验室相比,海上试验需同时面对风力变化、海浪扰动、设备密封、供电波动和运维条件,设备既要产出合格氢气,还要在真实海洋环境保持稳定。
把风电供能和海水直接电解放进一套系统验证,是为了检验技术能否适应海上能源开发。
这项技术的价值,不宜仅用一次实验的产氢量衡量。它试图减少海水预处理,为海上风电电力利用增加一种可能。
若海上风电能直接驱动制氢设备,部分电力就能转化为便于储存、用于工业的能源载体,为沿海工业集中地区的化工、冶金和能源储运提供新选择。
但海水直接制氢并不意味着所有海上风电都应转氢。电力直接并网、用于工业或进储能系统,在不同地区可能更经济。制氢项目须按电力成本、设备利用率、氢气需求和运输距离比较。技术先进只是起点,能否在全生命周期降低成本,才决定其竞争力。
另一意义在于,中国已形成从基础研究、设备放大到海上试验的探索链条。2024年,谢和平团队与东方电气开展样机测试,10标准立方米每小时级海水无淡化直接电解制氢样机进入试运行,说明研究正由早期验证向更大规模装备迈进。
2026年4月,深圳大学公布海水直接制氢进展,强调从微观反应机理、宏观规律到工程应用系统研究。研究重点不只是证明能产氢,还包括分析真实海洋环境多因素如何影响设备性能。海水成分、膜材料寿命、电极腐蚀和长期维护,仍需系统研究逐项解决。
为何这一技术与石油价格联系紧密?关键在于能源替代会改变部分市场需求。
若低排放氢气成本持续下降,炼化、化工和冶金企业就可能调整原料来源和能源结构,部分依赖化石能源制取的氢气,也可能逐步由可再生制氢补充。应用规模扩大后,能源消费结构变化,传统油气产业需面对新竞争。
但石油价格不会因制氢技术进展就直接跌至极低。全球油价受产油国供应、经济增长、运输通道、炼油能力和国际局势影响。
氢气主要在特定工业环节起作用,无法立即替代所有汽油、柴油、航空燃料和石化原料。即便低成本氢大量供应,也更可能先改变部分行业成本结构,再逐渐影响更广需求。
中国拥有庞大的风电、光伏和装备制造产业。若海水直接制氢装置能稳定运行,并与海上风电形成经济可行组合,就有机会推动电解设备、耐腐蚀材料、海洋工程和氢气储运产业共同发展,收益不再局限于生产氢气本身。
这条路仍有难关。设备必须经受长期海水腐蚀和复杂环境考验,不能只凭短期试验判断寿命。海上施工和维护费用高,故障检修成本可能高于陆地。风电有波动性,提高设备利用率、减少停机损耗决定单位氢气成本。
若氢气缺少稳定用户或经济可行运输方式,项目也难以持续盈利。
国际氢能产业也说明,技术进步和市场成熟不是一回事。国际能源署2026年《全球氢能评论》指出,2025年全球低排放氢气产量接近100万吨,预计2026年继续增长,但占全球氢气产量比例仍然有限,生产成本、基础设施和稳定需求仍是制约行业发展的关键。
因此,中国海水直接制氢下一阶段要关注的,不只是能否制造更大设备,还包括能否把实验室指标转化为商业指标。
每公斤氢需多少电力、设备年运行多少小时、膜材料多久更换、海上维修花多少钱、氢气如何运输,这些数据都影响技术市场前景。只有经长期运行和实际项目检验,才能判断其经济竞争力。
石油会不会便宜到像"白菜价",目前还无法下结论。但能源生产方式越丰富,单一能源渠道对经济的影响越可能缓解。海水直接制氢若继续突破,将为可再生利用增加新工具,也为中国工业提供更多低排放原料来源。它的价值不在宣告石油时代结束,而在让未来能源竞争多一种可能。
从科研原理到海上试验,再到更大规模工程装备,中国已为海水直接制氢积累重要基础。决定它能走多远的,是持续创新、设备可靠性和商业化能力。
倘若难题逐步解决,海洋就有望从传统运输通道和风电开发空间,成为低排放氢气的重要生产场所,为能源多元化和产业升级创造更多机会。