中国攻克 50 年难题：深圳湾运行 3200 小时，日本还坐得住吗？

中国攻克了困扰半个世纪的科学难题 —— 从海水中直接制氢，有望 5 年内实现产业化。这背后，是科学家们数十年的死磕。

50 年难题，被中国团队攻克

四川大学和深圳大学谢和平院士团队的突破，让海水直接制氢从梦想变成现实。相关论文发表在国际顶级期刊《自然》上，意味着困扰学术界 50 年的难题终于迎来新突破。

谢和平团队与东方电气股份有限公司在深圳签署合作协议，加速推动技术落地。目前制氢主要有四种方式：化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、生物质制氢。

其中天然气制氢是主流，但依赖天然气，原料利用率低，还会排出二氧化碳，环保性差。日本主要靠这种方式。

中国要在 2060 年实现碳中和，届时氢气年需求将达 1.3 亿吨。按现有电解水制氢技术，每年要消耗约 11.7 亿吨纯水。

淡水资源本就紧张，海水淡化成本又高，严重卡住了氢能发展的脖子。所以，直接用海水制氢，成了绕不开的方向。

海水成分复杂，含有 92 种化学元素，是最大的拦路虎。早在上世纪 70 年代，就有科学家提出海水直接电解制氢，但近 50 年一直无法规模化。

谢和平团队查阅文献发现，几乎 99% 的研究都在走 “催化剂改性” 的老路。团队核心成员刘途说，他们一开始也试过这条路，但进展缓慢。

谢和平院士鼓励大家跳出传统思维，首次把物理力学和电化学结合，提出了 “相变迁移驱动” 的海水直接电解制氢原理。这个思路验证可行后，怎么实现高效和稳定，又成了头疼事。

海水里 92 种元素，任何微小变化都可能损坏电解系统。团队日夜攻关，几乎不休。

刘途说，谢和平院士知道这是块硬骨头，但一直鼓励大家啃下去，因为一旦成功，就是划时代的意义。他们做到了。

这项技术直接分解海水产生氢和氧，零污染，省去了海水淡化环节，也避免了高浓度盐水污染。更妙的是，它还能用于河水、湖水、工业废水等非纯水，实现 “纯净化 + 能源化” 双重效益。

东方电气为此投入了 3000 万元研发经费。团队研发出全球首套每小时 400 标准立方米的海水原位直接电解制氢装备，已在深圳湾连续运行超 3200 小时，无污染、无腐蚀。

他们计划分三步走：海上中试示范验证、第二代核心技术攻关、产业化落地。刘途估计，未来 3 至 5 年，这项技术就能与工业电解系统匹配，真正实现产业化。

当然，后续还有很多工程化难题，比如如何在大体量下控制海水迁移，如何与成熟电解体系匹配，都需要继续突破。

氢能车：优势明显，短板也不少

2022 年不仅是电动车爆发元年，也是氢能爆发元年。氢能被视为终极环保能源。

据国际氢能委员会预测，2025 年全球市场规模将达 2.5 万亿美元。氢能车只排水蒸气，能量密度比锂电池高几百倍，车身更轻，续航更长。

丰田的氢能车 Mirai 加一次氢能跑 600 至 700 公里，加氢只要 3 至 5 分钟，而电动车快充至少要 20 至 30 分钟。这让氢能车特别适合物流、公交等固定路线。

有分析认为，日本过于专注氢能车，反而错过了锂电池车的飞速发展。

但氢能的短板同样不可忽视：加氢站未普及，不过中石化未来会把部分加油站改成加氢站；氢气储存难，氢气罐要承受约 700 巴的压力，液态储存需零下 253 度；分离氢气时还会损耗大量能源。氢能电池不稳定，有安全疑虑，在推广上是一大挑战。

目前中国是全球最大制氢国，年产氢气约 3300 万吨，产业链企业三百多家，集中在长三角、广东、京津冀。中国已经掌握氢气制备、储运、加氢和燃料电池等主要技术，但氢能车远不如电动车流行。

专利反超，日本压力大了

日本是氢能研发大国，不光把氢能用在车上，还用于住宅、工厂。丰田 30 年前就开始研发氢能车，2014 年全球首销，2020 年续航延长 30%。

日本在流量计、气体检测仪等微小零件上技术很强。但中国靠政策推动，十年间氢能专利申请量暴增 10 倍，从全球第五升到第二，直逼日本。

数据显示，日本氢能专利 884 万件，中国 725 万件。在制造、储存、运输、安全管理四个领域，中国已经超过日本，日本只剩技术验证领先。

2023 年，中国发布首个氢能产业发展中期规划，把氢能定为国家能源，目标到 2035 年在城市交通、电力等领域全面推进氢能应用，还要与 “一带一路” 国家开展氢能贸易，开拓第三方市场。

外界普遍认为，中国氢能研发和商用车销量将进入高速增长，日本将感受到强烈的追赶压力。从海水制氢到专利反超，中国氢能正在加速奔跑。

虽然前路还有挑战，但这场新能源竞赛，中国已经握住了先手。