一张膜破解海水制氢,打通能源死穴
新加坡以南,那道最窄处不到3公里的海峡,长期成为全球能源运输的一道隐患。近三成的海运原油经过这里,中国进口原油也有一半以上要经由这条缝隙进入国内。二十年来,中国通过扩大供应国、修建陆上管道、建立多层次储备体系等手段来分散风险,国家和企业合计的原油库存被估算在数十亿桶级别。然而到2025年,石油对外依存度仍然接近七成以上,中东仍然是重要的供应来源——地理上的依赖并未从根本上改变。
就在这样的背景下,一位接近七十岁的工程院院士用一张小小的膜,给出了另一种绕开地理桎梏的可能。这位学者是谢和平,出身煤炭与岩石力学领域,长期从事深地科学与工程研究,后来又担任高校负责人并推动学科建设。退休后他没有回到熟悉的矿业写作或带徒,而是转向了海上能源问题:把目光从地下一公里、几千米拉到海平面,把关注点从煤炭转到氢能,并最终锁定了海水直接制氢这个长期被视为“不可能”的方向。
海水制氢几十年来被认为的最大难题并非电解本身,而是海水里的“坏东西”——氯离子会在阳极产生氯气、腐蚀电极并污染产氢;钙、镁等离子会在电极表面沉积结垢,短时间内就能让电解装置失效。因此,传统思路是先对海水进行反渗透等淡化处理,把海水变成接近纯水后再电解。但淡化会导致占地、能耗、运维和成本成倍增长,还会消耗大量可贵淡水资源,在水资源紧张的国家尤其难以接受。 球友会
谢和平团队的出发点截然不同:既然盐不挥发,而水会蒸发,能否把这个物理属性用起来?他们没有改良淡化工艺,而是把海水和浓电解液用一张疏水、多孔的膜隔开。膜的一侧是海水,另一侧是电解液;由于两侧蒸气压差,海水一侧的水蒸气能够透过膜进入电解液并液化参与电解,而盐离子被物理阻隔在膜外,无法进入电解区。这样既避免了氯化物直接在阳极被氧化产生氯气,也避免了钙镁离子在电极上结垢——问题从化学反应层面回到了“介质如何进出”的物理层面上解决。
这一思路把长期被视为常识的“必须先淡化”彻底推翻——问题不是电催化材料能否更好地分解水,而是如何让纯净的水蒸汽在不带盐的情况下进入电解系统。团队的跨学科背景很重要:矿业、力学、材料等方向的工程直觉让他们把注意力放在了运输与界面控制上,而不是只盯着催化剂一类的化学问题。
这项方法在短时间内从概念走向实证。实验室成果获得学术界认可并入选国家级的科技进展榜单后,团队把装置放到了海上进行验证。2023年,一台漂浮试验平台被拖到开放海域,作为全球首批在真实海况下验证直接海水电解的装置之一,它首次产氢速率虽然不大,但在恶劣天气下持续运行数百小时,证明了工程可行性。随后团队又将这一技术与海上风电结合,推进了耦合示范;到2026年中,已经完成了百标准方级的陆上长时验证,并在推动海上放大与沿海示范工程的部署。 球友会
从烧杯到大海、从每小时几标准方到百标方级的短期跨越,在氢能领域并不常见。许多概念长期停留在模型与理论,难以放大,而这套基于物理分离原理的工程路径显露出较为清晰的放大路线:不依赖大规模淡水消耗,不需要把海水“造”成淡水再用,而是直接利用海岸线、海上风电与制造能力,把制氢的源头移向消费侧附近的海域。
更深远的意义在于能源地理对话语权与安全的影响。石油之所以长期成为战略性资产,部分原因在于它集中分布、运输依赖特定通道,进而成为金融与政治影响力的载体。如果可以在沿海就地用零淡化的方式大规模制氢,能源的地理特征和供应格局将发生变化,进口依赖和运输瓶颈带来的脆弱性有望被削弱。
当然,从示范到产业化还有工程、成本和安全等问题需要解决,但这条路线展示了另一种可能:通过跨学科的工程视角,从“怎样把东西带进来和带出去”入手,往往能打破看似不可逾越的常识。对于长期受制于地理与运输的能源安全问题,这种从物理层面重构流程的思路,或许比单纯追求材料或催化突破更能尽快带来实用化结果。 球友会