中国科学院大连化学物理研究所(大连化物所)的一支科研团队近日在国际学术期刊《自然·能源》(Nature Energy)发表论文,报道了一套额定功率为250千瓦的海水资源化利用示范装置。这套被命名为“海水产氢产淡水”(Seawater to Hydrogen and Fresh Water,简称STHW)的系统,能够在同一套设备内同步产出高纯度氢气与淡水,为破解清洁能源生产与水资源短缺这两大难题提供了新的技术路径。论文标题为《A 250-kilowatt system for co-production of hydrogen and fresh water from seawater》(一套250千瓦海水产氢产淡水联产系统),于2026年9月15日发表,由大连化物所邓德会研究员与刘艳廷副研究员领衔完成,相关技术此前已以专利形式在中国、日本、俄罗斯等地申请保护。

电解水制氢被视为发展绿色氢能产业的关键技术之一,但传统碱性电解槽通常需要消耗大量纯水或超纯水作为原料。在不少沿海地区、海岛以及水资源紧张的工业园区,淡水供应本身就捉襟见肘,这使大规模发展绿氢产业面临与其他用水需求“争夺”淡水资源的现实矛盾。为绕开这一瓶颈,近年来包括四川大学、深圳大学等高校的多个团队尝试直接电解海水制氢,省去海水淡化环节;但海水中的氯离子容易腐蚀电极,钙、镁离子又会在电极表面结垢并堵塞流道,长期稳定运行一直是业内公认的技术难点。

大连化物所团队选择了一条不同的技术路线:与其设法让电解槽直接“消化”海水,不如把目光投向电解过程中本就被浪费的能量。研究团队注意到,商用碱性电解槽通常运行在80至90摄氏度,其中约三成输入电能并未转化为氢气,而是以低品位废热的形式散失。团队转而利用这部分原本被浪费的废热,驱动一套低温真空蒸馏装置:在真空环境下,海水的沸点可降至40至50摄氏度左右,废热便足以使海水持续蒸发,蒸汽冷凝后即成为淡水。产出的淡水随即回用于电解槽本身作为电解原料,多余部分还可另作他用。整个系统只需以海水为输入,无需额外新建独立的海水淡化设施,也不会产生未经处理的浓盐水直排,同时避免了直接电解海水带来的电极腐蚀与结垢问题。

在250千瓦的示范规模下,该系统每小时可产出48标准立方米氢气,纯度最高可达99.9999%,同时每小时联产约31.6公斤淡水。与仅以纯水为原料的常规碱性电解相比,整套系统的用电效率提升了14.4%。这套250千瓦装置并非一步到位,而是此前一套20千瓦小型样机技术放大的成果。较早的20千瓦样机每小时产氢3.8标准立方米、联产淡水1.2公斤,并实现连续稳定运行超过100天。放大至250千瓦规模后,研究团队又让装置经历了40天“每日启停”的反复开关机测试,以检验其在接近工业运行工况下的稳定性与可靠性。

论文中的技术经济分析显示,这种将电解制氢与海水脱盐耦合在同一套设备内完成的一体化路线,经济效益高于“先淡化、再电解”的传统串联工艺——后者需要分别建设独立的海水淡化厂和电解制氢厂,基建和运维成本更高。研究团队认为,这一发现为海水资源化利用产业未来的商业化路径提供了参考依据。有海外媒体在报道中提到,电解后剩余的浓海水经进一步分级处理,理论上还可能回收盐、铀、溴等资源,但这一设想目前尚未在论文摘要中得到证实,仍需更多研究验证。

这项成果是中国近年密集布局海水资源化利用的最新进展之一,但不同团队的技术路线并不相同。四川大学与深圳大学团队此前在《自然》发表的研究,走的是另一条路径:他们设计出一种带有自呼吸防水膜与自加湿电解质的膜式电解槽,海水中的水分可借助膜结构自发迁移进入电解质,从而省去独立的脱盐步骤。该团队的示范系统曾在深圳湾实际海域连续运行133天,收集到超过100万升氢气,电化学电池未见明显腐蚀;在福建沿海,一套由10兆瓦海上风电供电的漂浮式电解平台也曾连续运行10天,法拉第效率接近100%,海水离子截留率保持在99.99%以上。

另一个代表性项目位于山东日照。由中国科学院院士唐波领衔的崂山实验室,联合日照市人民政府、中国广核集团和山东师范大学,研制出热耦合海水直接电解制氢联产战略元素系统装置。2025年12月,这套装置的110千瓦级样机通过验收,满负荷时每小时可产出22标准立方米高纯氢气,生产每标准立方米氢气的直流电耗约为4.2千瓦时,并实现连续稳定运行超过500小时。2026年9月28日,升级后的装置在日照中试基地实现连续稳定运行超过1000小时,每小时产出30标准立方米高纯氢气,纯度不低于99.999%,联产的战略元素产品纯度达到99.8%;按测算,装置每年可处理海水约800吨,年产高纯氢气26万标准立方米。项目团队还给出了不同电价下的成本测算:电价每千瓦时0.55元时,海水制氢综合成本约为每公斤22.21元;电价降至0.40元时降为12.99元;电价降至0.35元时可进一步降至9.92元。

此外,中国石油化工集团在青岛炼化建设的“东方氢岛”项目,依托邻近海域的漂浮式光伏电站供电,采用预处理后的海水直接电解制氢,每小时产出约20标准立方米绿氢,截至此前报道已累计运行超过1000小时,被称为中国首个工厂化海水制氢研究项目。上述项目所采用的技术路线各不相同——有的专注于免淡化的直接电解,有的在电解之外联产矿物与稀有元素,也有的如大连化物所团队这样,反向利用电解废热产出淡水——但共同指向同一个产业方向,即让海水在清洁能源生产中发挥更大作用。

从全球范围看,水资源短缺与能源转型是沿海及干旱地区普遍面临的难题,二者又常常相互牵制:发展绿氢需要大量淡水,而淡化海水本身又要消耗能源。大连化物所团队的这套装置提供了一种缓解思路——通过重新利用电解制氢过程中原本被浪费的低品位废热,在不增加淡水消耗、甚至反向产出淡水的前提下规模化发展绿氢产业。研究团队表示,下一步将继续推进装备的进一步放大与产业化应用,相关论文的技术经济分析也将为后续工程设计提供参考。对于中国这样海岸线漫长、同时又在大力发展海上风电与海上光伏的国家而言,一套能够就近利用海水、同时产出氢气与淡水的紧凑型装置,无论是部署在海岛、港口工业园区,还是沿海炼化基地,都可能比分别建设淡化厂与电解厂更具经济性。