能源始终是现代社会前行过程中不可或缺的添加剂。而你可能没有想到，自然界之中最广泛存在的能源之一就躺在我们的水杯之中：氢能源。

氢元素不仅是最小最轻的元素，也是一种清新、高效且可再生的能源。年6月2日，中国电器集团有限公司与谢和平院士的联手合作，成功地开发出了一种全新的电解氢的技术。

这一技术的颠覆性突破被评为年度中国科学十大进展之一，无论是国内还是国际，都在此次突破中看到了无尽的可能。

那么，这个技术究竟有什么神奇之处？让我们先从氢能源的历史开始讲起。

氢，这一宇宙中最为丰富的元素，奇妙地具有燃烧后仅产生水的特性。它不仅守护着我们星球的水循环，更在化学的世界中独树一帜。

年，英国化学家亨利·卡文迪什将酸与金属搅合，竟然制得了氢气，他用尽心血证明，这并非是任何其他化学物质的混合物，而是一个全新的单质。

就在年代，英国科学家威廉·尼科尔森和安东尼·卡莱尔发明了电解水的方法，从而揭示了用电能制取氢气的可能性。

在19世纪末20世纪初，氢开始在能源领域揭开神秘的面纱，它被发现可以用作燃料，驱动汽车、飞机、火箭等各式各样的交通工具。燃烧过程中，氢气的产物仅有水，它无声无息地避开了二氧化碳等温室气体的生成。

因此，人们将氢看作一种清洁、高效、可再生的能源。然而，犹如一把双刃剑，氢的价值和挑战并存。氢气不自然存在于地球上，需要从其他物质中提取出来。这就让制氢的技术和成本问题成为科学家们的新挑战。

首当其冲的是重整化石燃料制氢法，这个方法可谓是现阶段制氢界的“大佬”。

它主要是将天然气或其他石油产品在高温高压的环境中与水蒸汽或空气进行反应，生成一种混合气体，其中包含了氢、一氧化碳和二氧化碳。然后通过水汽转化或压力摆动吸附等方式，将纯净的氢气分离出来。

这种方法虽然技术成熟、效率高且规模大，但却有着成本高、能耗大以及污染严重的问题。

其次是煤制氢，这是一种以煤为原料制取氢气的方法。

这个方法主要有两个步骤：一是将煤与水蒸汽或空气反应，产生含有氢、一氧化碳和二氧化碳的混合气体，然后通过类似的分离过程，分离出纯净的氢气；二是将煤进行化学加工，如液化、气化等，生成中间产品，然后再通过重整或电解等方法提取出纯净的氢气。

尽管这种方法原料丰富、技术可行、规模可控，但它的成本高、能耗大以及污染严重的问题也不能忽视。

再者是工业副产氢，这个方法是利用工业过程中产生的含有一定比例氢的混合气体制取纯净氢气，主要应用在冶金、化肥、炼油等行业。

这个方法看似是走在环保的道路上，利用了原本被浪费或排放的资源，降低了成本和污染，但却存在着供应不稳定、质量参差不齐、规模有限的问题。

总的来看，以上三种方法都属于“灰色制氢”，在制氢的过程中，会产生大量的温室气体，如二氧化碳、甲烷等，对环境的负面影响也是不容忽视的。而这，也就促使了科研人员们，一直在寻找更为环保、效率更高的制氢新方法。

近十几年来，面对碳中和的挑战，人类急需寻找更清洁、低碳的制氢手段，进入了一场名为“绿色制氢”的科技探索。

绿色制氢的主角无疑是电解水制氢技术，这是一个巧妙的方法，通过电能将水解析为氢气和氧气。如果所用的电能源自可再生能源，比如风能或太阳能，那么这个过程就会变得相当环保，不会释放任何温室气体。

电解水制氢的原理其实非常直观。阴阳两个电极之间通入直流电，阳极上的反应使得水分解为氧气和电子，而阴极上则见证了电子与水或碱性溶液中的氢离子的融合，最终生成氢气。

根据电解液的性质，电解水制氢又可以细分为碱性电解水制氢、酸性电解水制氢和固态电解水制氢等。这个过程如同一个高效的魔术师，将水变成了氢气，优点在于清洁、高效、可控，但同时，其高昂的成本、复杂的设备需求以及稳定性的挑战也不能被忽视。

电解水制氢需要水，那么哪个地方水最多呢？当然是海洋。如果我们把视线转向海洋，用海水来替代淡水作为电解的原料，那么我们就可以大幅度地节约淡水资源，同时利用海洋中丰富的氢资源。

然而，海水的世界并不是那么平易近人，它充满了各种杂质离子，如氯、钠、钙等，这些元素可能会成为电解过程的绊脚石，引发诸如腐蚀电极、降低效率、增加能耗等问题。

因此，许多海水电解制氢的技术都需要先进行海水淡化处理，以清除掉这些不受欢迎的杂质离子。但这个淡化过程本身也需要大量的能源和设备，同时还会产生废水和废盐等副产品，无形中增加了成本和环境负担。

看上去氢气的制备此刻似乎已经进入了死胡同，传统方法污染巨大，环保的方法产量低不够实用。然而，科技的进步总是给我们带来惊喜。

中国电器集团有限公司联手中国工程院院士谢和平团队，成功开发出了一项可直接从未经淡化的海水中电解提取氢气的技术，这个创新的成果在年11月的《自然》杂志上得到了公布。

这项技术在年被评为中国科学十大进展之一，然后在年6月，这个新技术在福建兴华进行了海上风电无淡化海水电解氢技术中试，不仅大幅降低了制氢成本至0.4元/立方米，更是为未来能源革命掀开了全新的篇章。

这项技术的玄机就在于一个被称为膜基海水电解器的核心部件。电解器运用了一种防水透气膜和一种浓氢氧化钾溶液，巧妙地实现了海水中杂质离子的有效隔离和过滤，使得无淡化海水直接电解制氢成为可能。

我们已经提到过，电解海水需要阴极与阳极之间的直流电，而在非淡化海水直接制取氢气的技术中，阴极和阳极都经过了防水透气膜的特殊加工。

首先，我们看看阳极的设计。阳极由镍基合金制成，这种材料在碱性条件下能稳定地催化水分解为氧气和电子的反应。

阳极连着一层防水透气膜，这种由聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）制成的膜，它就像一个神奇的“门卫”，阻止水分子的通过，放行空气中的氧气。这种设计保证了阳极表面不会积累过多的氧气，从而提高电解效率和安全性。

紧接着，我们来看阴极。阴极由铂基合金构成，它在碱性环境中能稳定地催化电子与水或碱性溶液中的氢离子结合，生成氢气。

阴极同样连接了一层防水透气膜，这层由PVDF和PTFE制成的膜，就像阳极的那层膜一样，起到了阻挡水分子、放行氮气的作用。这也避免了阴极表面氢气积累过多，进一步提高了电解效率和安全性。

最后，电解液的设计也独具匠心。电解液是由30%浓度的氢氧化钾溶液组成，它提供了碱性环境和良好的导电性能，以保证电解过程的顺利进行。电解液与两层防水透气膜之间，形成了一个薄膜状的空间。

这个空间宛如一个微小的海洋，能容纳一定量的海水，并通过毛细作用吸引海水中的水分子到电解液中。这样一来，海水中的杂质离子就被有效地隔离和过滤出去，从而实现了无须淡化海水，直接电解制氢的目标。

作为一种制氢新技术，这款膜基海水电解器展现出了令人赞叹的优势。

由于它跳过了海水淡化的步骤，直接使用未淡化的海水作为电解原料，这大大节省了能源，减少了废水与废盐的产生，有效降低了环境影响。而电解器的电极采用的是常见的镍基和铂基合金，这些合金既高效又稳定，抗腐蚀性强，避免了使用特殊材料带来的成本和技术难度。

此外，电解液选择的是氢氧化钾溶液，这种常规溶液的酸碱度、浓度和温度都恰到好处，保障了电解过程的效率和稳定性，而膜基海水电解器的设计简洁实用，不依赖复杂的结构或特殊设计，降低了制作成本和技术挑战。

正是由于这些技术的提升，我们可以说电解海水制氢技术真正实现了低成本，低污染，高产量的三重需求，一旦投入大规模使用，这就将是革命性的优秀成果。

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