全球淡水資源極其有限，僅占總水量的3.5%左右，而海水資源豐富，如何利用豐富的海水實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)利用變得尤其重要。海水淡化是解決飲用水資源短缺問(wèn)題的一個(gè)重要途徑，也是利用海水資源的一種可行方法，然而目前廣泛使用的蒸餾法和膜處理法都存在成本過(guò)高的問(wèn)題。

加快氫能經(jīng)濟(jì)體系建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的重要保證。日前，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出，要“集中力量開(kāi)展低成本可再生能源制氫等技術(shù)創(chuàng)新”“加快氫能技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用，探索在工業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用”。

海水占地球全部水量的96.5%,與淡水不同,其成分非常復(fù)雜,涉及的化學(xué)物質(zhì)及元素有92種。海水的鹽度大約為35psu(35‰),其中鈉、鎂、鈣、鉀、氯、硫酸離子占海水總含鹽量的99%以上。海水中所含有的大量離子、微生物和顆粒等,會(huì)導(dǎo)致制取氫氣時(shí)產(chǎn)生副反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)、催化劑失活、隔膜堵寒等問(wèn)題,為此,以海水為原料制氫形成了海水直接制氫和間接制氫兩種不同的技術(shù)路線。

海水直接制氫的路線主要通過(guò)電解水制氫或光解水制氫方式制取,全球主要研究機(jī)構(gòu)有中國(guó)科學(xué)院、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心、日本東北工業(yè)大學(xué)、北京化工大學(xué)、印度科學(xué)工業(yè)研究理事會(huì)、美國(guó)休斯敦大學(xué)等；海水間接制氫則是將海水先淡化形成高純度淡水再制氫,即海水淡化技術(shù)與電解、光解、熱解等水解制氫技術(shù)的結(jié)合。

當(dāng)前，全球90%以上的氫氣由碳基能源制取（煤制氫、天然氣制氫）。在不久前舉行的2021全球綠色發(fā)展高峰論壇上，中國(guó)工程院院士、深圳大學(xué)深地科學(xué)與綠色能源研究院院長(zhǎng)謝和平指出，如果把原料和碳匯考慮進(jìn)去，水制氫是未來(lái)制氫的一個(gè)方向，但全球淡水資源短缺，因此“海水原位無(wú)淡化直接電解制氫技術(shù)在理論、技術(shù)及戰(zhàn)略上均具有重要意義”。

今年7月，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所傳出消息，該所燃料電池技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于前期開(kāi)發(fā)多年的扁管型固體氧化物燃料電池，創(chuàng)新性地嘗試了在高溫下進(jìn)行海水電解制氫的研究。在未使用任何貴金屬催化劑的情況下，獲得了最高72.47%的能量轉(zhuǎn)化效率。長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)后電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和性能均未發(fā)生明顯變化，電解電壓亦遠(yuǎn)低于室溫電解槽。

科研人員直接使用從寧波市近海取回的海水，采用鼓泡法，以氫氣為載氣攜帶海水揮發(fā)物，通入固體氧化物電解池在750℃下進(jìn)行電解。該方法由于先將海水加熱蒸發(fā)，海水中的絕大部分雜質(zhì)不與電解槽接觸，因而難以對(duì)電解槽造成破壞。

近日，天津大學(xué)教授朱勝利團(tuán)隊(duì)與南開(kāi)大學(xué)教授程方益團(tuán)隊(duì)合作，提出一種高活性、低成本，在工業(yè)級(jí)電流密度下依然具有良好催化穩(wěn)定性的催化劑——碳摻雜納米孔磷化鈷（C-Co2P），為海水電解大規(guī)模制氫提供了新視角。