“绿氢”是未来能源结构的核心。目前，传统的电解水制氢方法极大程度上依赖于需要使用纯净水。预计到2050年，全球每年在氢能生产中将消耗62.1亿吨纯净水。在水资源紧缺的时代，制取氢气需要依靠哪些来源的水？
未来可持续发展的方向是利用海水占据地球总水量的97.5％来制取氢气。但是，由于海水成分复杂而引起的腐蚀性和毒化问题，海水制氢面临诸多挑战。
目前，海水制氢的最成熟技术路线是先通过反渗透设备将海水进行淡化处理，再进行电解反应。荷兰、德国等国家已经在开展规模化示范工程项目。然而，这种技术严重依赖于大规模淡化设备，其工艺流程复杂，需要大量土地资源，这进一步增加了制氢成本和工程建设难度。
自从20世纪70年代科学家提出了海水直接电解制氢的概念以来，国内外许多著名研究团队一直在进行大量的探索研究，侧重于催化剂工程和膜材料科学等方面，旨在解决海水直接电解制氢所面临的一些问题，比如析氯副反应、钙镁沉淀和催化剂失活等难题。然而，到目前为止，仍然没有一种突破性的理论和原理能够完全消除海水复杂组分对电解制氢的影响，大规模、高效、稳定的海水直接电解制氢原理和技术仍然是世界上的空白。
对于这些挑战，我们的研究团队尝试了一种新的方法，将物理力学与电化学结合起来，成功地开发出了一种海水无需淡化且无需额外能源消耗的原位直接电解制氢原理与技术。通过在海水和电解液之间建立微米级的气液相平衡界面，利用饱和蒸汽压差来推动海水中的水以水蒸气的形式通过膜转移。这种界面压力差海水自发相变传质的机制实现了海水中杂质组分的完全分离，并且离子阻隔率达到了100％。这种方法完全解决了海水直接制氢过程中遇到的析氯、催化剂腐蚀、沉淀和膜堵塞等问题。
我们的研究团队成功实现了几项原创技术突破，包括海水无能耗传质、电解质自激发驱动连续制氢和多相界面稳态自调节。我们自主开发了全球首套386L·h^-1海水直接制氢原理样机，该样机在未经预处理的深圳湾海水中稳定运行超过3200小时，与工业碱性电解水的能耗相似。通过电解过程，我们成功地实现了海水直接电解制氢的技术突破。在这个过程中，电解质内的杂质离子含量始终比海水中相应离子要低4个数量级。这一突破无需进行淡化过程，也不需要额外的能源消耗，同时还能避免催化剂的腐蚀和副反应的发生。这项技术的成功应用有望将取之不尽的海水资源转化为可利用的海水能源。
这项技术原理可以被应用于多种水资源，例如盐湖水、污水、废水、矿井水、油田产出水等，直接在原地制取氢气。这一技术为资源的集中和污水环境的综合治理以及能源生产提供了全新的思路和技术，有望形成污水和盐湖水电解制氢的新兴产业，并且扩展了电解水制氢技术的创新空间。此外，在我国可再生能源逐渐进入深远海之际，风电大规模并网消纳难题和远距离输送成本高显现出来。因此，海水直接电解制氢技术将成为海上风电大规模开发利用的关键突破点。利用海上风机平台，通过模块化装配制氢系统，可以直接使用海水进行电解产氢。这种制氢过程无需淡化海水、额外使用催化剂，也不需要输送海水或污染处理。
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