电解水制氢技术因其清洁性正在逐步成为氢能产业的主要发展方向。然而一直以来，电解水制氢依赖淡水资源，给其规模化应用带来了挑战。海水直接电解制氢为未来电解水制氢，特别是绿氢生产提供了新的发展思路。中国工程院院士谢和平团队独创的海水原位直接电解制氢全新原理技术，是全球首个海上风电直接制氢的技术示范，首次实现了中国学者提出的全新原理技术在真实环境下的可行性和稳定性，首次验证了海上风电无淡化直接制氢抗海洋环境干扰的可行性。

海水电解制氢的意义体现在三方面：一是海水资源非常丰富，如果能够通过海水电解制氢，将不受陆地领土边界限制，将取之不尽的资源转化为绿色能源；二是全球气候变化直接后果是海平面上涨而造成人类未来生存陆地面积逐渐减少，如果能规模化实施海水制氢，就能大量减少二氧化碳排放，可能在一定程度上延缓海平面上涨；三是未来随着绿氢大规模制备和应用，水资源短缺可能限制电解水制氢发展。

预计2060年，我国氢气需求将达1.3亿吨，约消耗23亿吨制氢用水，等于2000多万人口的深圳市全年用水需求。而用海水直接电解制氢，不需要占有大量淡水资源，还能促进绿氢产业发展。

目前海水电解制氢主要有两个技术方向：一是先把海水变成纯水或预处理再电解制氢，二是用海水直接电解制氢。

海水先淡化或预处理再电解制氢的技术比较成熟，但该方法会在两个方面增加成本和能耗。一是将海水变成可以满足电解水制氢水质的纯水，需要把海水进行预处理，然后增压进行多级反渗透，推高制氢过程成本。二是假如未来和漂浮式风电结合的漂浮制氢平台，就需要在漂浮平台上设置水净化或预处理系统，额外占用的平台面积和载重会增加系统的工程难度和后期维护运营成本。

海水直接电解制氢的难点在于海水成分非常复杂。海水中的不同成分可能影响电解水制氢反应的正常进行。比如，氯离子引发的析氯反应有可能和本来该发生的析氧反应竞争而导致催化剂腐蚀毒化；钙、镁等离子容易在电解反应过程中形成沉淀物，堵塞在制氢系统内部各个关键位置上，导致电解系统失效。同时，不同时段、不同地理位置、不同深度的海水包含的离子、杂质、微生物等成分差异非常大，海水成分差异和波动使催化剂和电解槽对海水水质的兼容性也提出了非常大的挑战。

谢和平院士团队提出将物理力学与电化学反应相结合的相变迁移驱动的海水直接电解制氢全新原理和技术。简单来讲，相变迁移核心优势是可以在不额外增加能耗的情况下，将液态的水转变为气态水，从而让水分子从海水中高效分离出来，并用于电解制氢。

该方法的三大原理技术包括：一是海水无能耗传质原理技术，二是电解质自激发驱动的连续制氢原理技术，三是电解界面稳态自调节原理技术。目前，谢和平院士团队已形成了全球首套400升/小时的制氢设备原理样机，整体吊装在海水里实现了3200小时的稳定制氢。

2023年6月，经中国工程院专家组现场考察后确认，全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术海上中试在福建兴化湾海上风电场获得成功，验证了在海上直接和绿电对接做电解制氢的可行性，同时也验证了在不可控波动环境下、抗海洋风浪的可行性。近日，该成果已在《自然—通讯》上发表。

从技术发展角度，谢和平院士团队正在加快步伐攻关第二代更高效、更高兼容性、更高稳定性的分体式海水直接电解制氢核心技术及装备，保持海水直接制氢技术的全球领先优势。

应用方面，目前计划打造100标准立方米/小时氢气规模“制—储—用”全链工程示范，形成全新的海水无淡化原位直接制氢产业赛道。

当这些技术直接对接海上风电等可再生能源，实现无海水淡化过程、无额外催化剂工程、无海水泵送输运过程、无海水污染处理过程以及无海水淡化预处理设备平台的无需额外能耗海水原位直接电解制氢。这意味着，当海上风电上网电价为0.2元/千瓦时至0.3元/千瓦时，绿氢生产成本则约15.89元/公斤至21.49元/公斤，相比煤制灰氢9元/公斤至12元/公斤，以及天然气制蓝氢20元/公斤至24元/公斤，极具降本空间。同时，随着未来海上风电技术的进一步发展和上网电价下降至0.1元/千瓦时左右及以下时，海水直接制氢成本有望低于煤制灰氢成本。