一、研究背景：海水制氢的“两难”困局
海水占地球水量97%，若能用其制氢，将彻底摆脱淡水资源分布不均的约束。但让海水直接进入电解槽会遭遇阳极析氯腐蚀、阴极钙镁结垢与离子膜堵塞三重打击，长期稳定性极差。
传统“先淡化、后电解”的串联路线虽规避了腐蚀，却需额外的高能耗淡化设备与资本投入；与此同时，成熟的碱性水电解（AWE）约有30%输入电能以80–90℃低品位废热散失，工业上极难回收。两条路都在“浪费”——要么浪费海水，要么浪费热量。
二、核心突破：让电解废热去“煮”海水
2026年9月15日，中国科学院大连化学物理研究所邓德会研究员、刘艳廷副研究员团队在《Nature Energy》发表研究，提出“海水制氢联产淡水”（STHW）新范式。其核心并非改造催化剂，而是重构系统能量流：不让海水触碰电解槽，而是回收碱性电解产生的低品位余热，在真空条件下驱动海水低温蒸馏。
该团队设计了一体化流程——电解槽在高温下运行并释放废热，废热经换热器进入蒸馏塔，在40–50℃蒸发海水；冷凝所得淡水一部分回流电解槽，剩余作为产品输出，浓盐水则留作盐、铀、溴等资源回收原料。
三、性能跃升：250千瓦系统的关键数据
团队先搭建20 kW工业中试系统，完成100天连续运行；再放大至250 kW示范装置。与仅用淡水的常规碱性电解相比，系统电效率提升达14.4%，氢气纯度高达99.9999%。
| 评测指标 | 20 kW 中试系统 | 250 kW 示范系统 | 对比基准 |
|---|---|---|---|
| 产氢速率 | 3.8 Nm³·h⁻¹ | 48 Nm³·h⁻¹ | — |
| 联产淡水 | 约 1.2 kg·h⁻¹ | 31.6 kg·h⁻¹ | — |
| 氢气纯度 | ＞99.999% | ＞99.9999% | 常规 AWE 同级 |
| 系统电效率 | 提升 9.0% | 提升 14.4% | 淡水 AWE 基准 |
| 总能耗降幅 | 较串联系统 ↓17.7% | 较串联系统 ↓17.7% | 先淡化后电解 |
| 稳定运行 | 100 天 | 40 天（满负荷） | 每日启停验证 |
技术经济分析进一步显示，在0.01–0.05美元/kWh电价区间内，STHW的平准化制氢成本比“反渗透—电解”串联路线低6%–9%，淡水生产成本仅约电解制氢成本的0.3%。
四、为什么高效：能量流的“一热两用”
STHW 的高效并非来自材料活性突破，而是来自对能量与物流的重新设计。其底层逻辑可概括为四点：
- 🔥 废热回收：每产1 Nm³氢气约释放1.0–1.5 kWh余热，真空蒸馏把海水沸点降至40–50℃，与电解余热温度区间精准匹配
- 💧 水自循环：蒸馏水一部分回补电解槽耗水，系统逐步走向“水自给”，减少外部纯水依赖
- 🏭 设备共用：蒸馏塔换热器兼作电解槽冷却器与海水蒸发器，省去独立冷却与淡化两套装置
- ♻️ 资源回收：浓缩海水作为盐、铀、溴等战略资源的原料流，把“废料”变成联产品
“这项研究把海水制氢的讨论从单一催化剂性能，推进到250千瓦系统工程。其核心不是让复杂海水直接进入电解槽，而是利用电解槽废热先获得稳定淡水，再把淡水持续送入成熟的碱性电解体系。”——引自《Nature Energy》论文总结与展望
五、产业启示：从催化剂到成套装备
长期以来，电解水制氢的注意力高度集中在催化剂活性、膜材料与MEA制备等“材料内功”上；STHW 的启示在于，系统级能量整合同样能带来两位数的能效跃升。这对氢能测试设备提出了新要求：测试台不仅要评估单电池极化曲线，更要具备对热管理、水循环与多单元耦合的系统级联调与长周期验证能力。
无论采用 PEM、AEM 还是碱性路线，膜电极制备的均一性始终依赖催化剂浆料制备等底层工艺；而系统能效的最终兑现，仍要落到每一片 MEA 的可靠性上。对于致力于装备研发与产业化的团队，电解水制氢测试与绿氢制备设备的可靠验证，都是跨越“实验室—示范—成套装备”鸿沟的必经之途。合肥博格达氢能围绕氢能测试设备与电解水制氢测试构建的全链条评测能力，正可服务于此类大系统从单元验证走向工程放大的需求。
六、参考来源
- Shang Jiang（蒋赏）, Peixin Zhu（朱培鑫）, Yanting Liu（刘艳廷）, Dehui Deng（邓德会）. A 250-kilowatt system for co-production of hydrogen and fresh water from seawater. Nature Energy (2026). DOI：10.1038/s41560-026-02130-6
（本文基于公开科研进展整理。）
