中新網(wǎng)深圳4月10日電 (索有為 王若琳)深圳大學(xué)10日發(fā)布消息稱，該校謝和平院士團(tuán)隊首次將真實海洋環(huán)境多因素耦合作用納入海水制氫研究體系，系統(tǒng)打通從微觀反應(yīng)機制到宏觀工程放大的全鏈條認(rèn)知，創(chuàng)新性提出海水直接電解制氫規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的系統(tǒng)評估框架，為“海洋綠氫”產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了核心理論支撐與方向指引。相關(guān)研究成果于9日發(fā)表在《自然綜述：清潔技術(shù)》上。
氫能是21世紀(jì)重要的終端能源之一，而現(xiàn)有制氫依賴化石能源重整或純水電解。自20世紀(jì)70年代海水直接電解制氫構(gòu)想被提出以來，國際海水直接制氫研究多聚焦于催化劑改性、非對稱電解和膜孔篩分，始終未能徹底解決海水復(fù)雜組分引發(fā)的析氯副反應(yīng)、催化劑失活、系統(tǒng)腐蝕等行業(yè)共性難題。
同時，絕大多數(shù)研究基于理想模擬海水體系開展，缺乏對真實海洋環(huán)境中海水成分波動、風(fēng)浪擾動、鹽霧腐蝕、可再生能源出力波動等多因素耦合作用的系統(tǒng)認(rèn)知，導(dǎo)致實驗室成果與工程化應(yīng)用之間存在巨大鴻溝，成為制約海水制氫規(guī)?；涞氐暮诵钠款i。
海水直接制氫的靜態(tài)與動態(tài)挑戰(zhàn)。深大供圖針對上述技術(shù)發(fā)展核心痛點，該團(tuán)隊系統(tǒng)梳理海水直接電解過程的關(guān)鍵微觀機制，明確復(fù)雜離子環(huán)境下析氧/析氯競爭反應(yīng)、鈣鎂離子沉積、界面?zhèn)髻|(zhì)變化等對海水直接電解制氫系統(tǒng)的穩(wěn)定性與能量效率影響作用機制，并結(jié)合國際主流技術(shù)路線，系統(tǒng)分析了不同方案的工程放大適用性與局限性，首次建立起微觀反應(yīng)機制與宏觀系統(tǒng)運行之間的關(guān)聯(lián)認(rèn)知準(zhǔn)則，填補了領(lǐng)域內(nèi)微觀基礎(chǔ)與工程應(yīng)用脫節(jié)的研究空白。
相變遷移海水直接電解制氫：從原理到器件。深大供圖其中，該團(tuán)隊原創(chuàng)的相變遷移海水直接制氫路徑，通過界面壓差驅(qū)動海水自發(fā)“液-氣-液”相變傳質(zhì)，從原理上徹底避免了海水復(fù)雜組分對電解系統(tǒng)的毒性和腐蝕性難題，實現(xiàn)無額外能耗下將海水等同于純水直接電解制氫，在真實海水工況下展現(xiàn)出極強的長周期穩(wěn)定運行潛力，成為提出系統(tǒng)評估框架的實踐案例驗證。
真實海洋環(huán)境視角下的海水制氫。深大供圖該團(tuán)隊首次將研究視角從實驗室理想體系拓展至真實海洋工程場景，構(gòu)建起涵蓋材料性能、界面過程、裝置結(jié)構(gòu)、海洋環(huán)境因素、可再生能源適配性的全維度系統(tǒng)評估框架，為海水制氫全鏈條技術(shù)優(yōu)化、工程化設(shè)計與規(guī)?；糯筇峁┝饲逦⒖闪炕闹笇?dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著海水直接電解制氫研究從單一指標(biāo)探索，邁入面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的系統(tǒng)化評估和工程產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)新時代。
同時，該團(tuán)隊系統(tǒng)梳理了海水直接制氫“微觀機制—系統(tǒng)放大—環(huán)境適應(yīng)性”的發(fā)展脈絡(luò)和全鏈條理論體系，明確了真實海洋場景下的核心研究方向，不僅為全球海水制氫不同技術(shù)路徑的協(xié)同發(fā)展提供了統(tǒng)一的理論參考，更為推動海水直接制氫技術(shù)從實驗室邁向規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
據(jù)悉，隨著未來海上可再生能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，海水直接制氫有望在該系統(tǒng)框架的指引下實現(xiàn)多路徑協(xié)同突破，率先搶占全球“海洋綠氫”戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的理論與技術(shù)制高點，打造“海上風(fēng)電+海水直接制氫”一體化“海洋綠氫”全新產(chǎn)業(yè)賽道，為全球碳中和目標(biāo)實現(xiàn)提供“中國方案”，更為中國能源自主可控與戰(zhàn)略安全提供核心支撐。(完)