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突破海水制氢瓶颈！中国科学家用一张膜实现新技术
突破海水制氢瓶颈！中国科学家用一张膜实现新技术
在新加坡南部，只有大约2.8公里宽的海峡，阻碍了中国二十年的发展。全球近三分之一的海运原油经过这里，而中国超过一半的原油进口也必须通过这道狭窄的缝隙。为此，二十年来，中国不断拓展石油进口来源，已经与四十多个国家建立了贸易关系，并修建了三条陆上管道，国内形成了三级石油储备体系。国家和企业的原油总库存预计在12到15亿桶之间，尽管国家的战略储备数据未公开。到2025年，中国的原油对外依赖度仍然高达72.7%左右，而中东地区的原油进口占比预计在42%至53%之间，仍然是主力来源之一。即使加强进口来源的多样性，面对地理瓶颈的问题依然无法破解。
直到2022年11月，一位接近七十岁的老院士将一个小小的膜浸入海水中——这一死角首次迎来了新的突破。这位院士名叫谢和平，生于1956年，来自湖南双峰，是中国工程院的院士，专注于煤炭与岩石力学领域。年轻时，他在中国矿业大学完成博士学位，是深地科学及分形几何应用于采矿工程的奠基者之一。作为四川大学的校长，谢和平在2003年至2017年间，推动该校向“双一流”目标迈进。常理来看，这位学者退休后的理想选择应是回归煤炭领域，撰写学术著作，指导弟子。然而，他却选择了一条极具挑战性的道路——将研究从地下迁移至海洋，向氢能源进发。
2017年，谢和平来到深圳大学，率先建立深地科学与绿色能源研究院。尽管当时许多人认为“绿色能源”只是一个幌子，但他在六十岁之后，将研究方向转向海水制氢，令许多人感到惊讶。我认为这一转变很值得深思：这位已稳坐学术高地的学者，为什么在花甲之年选择重新开始？我猜测，矿业工程师习惯于与自然抗争——地压、瓦斯和涌水都是需要工程手段加以控制的对手。当他们的思维聚焦于能源时，必然会关注两件事情：我们最缺什么，以及什么东西最容易生产。中国在石油和天然气方面的短缺是显而易见的，而充足的资源则为海岸线、阳光、风能及强大的制造能力。这样的思考几乎自然而然地得到了答案。然而，面前却横亘着数十年的失败者。
海水中有一种物质是电解槽的天敌，盐分即氯离子和钙镁离子。若将两个电极插入海水中通电，氯离子在阳极会被强行氧化为氯气，腐蚀电极并污染氢气；而钙镁离子则会在电极表面沉淀结垢，几小时内便会损坏设备。数十年来，全球的教科书都强调：海水制氢必须经过淡化。在这过程中，海水先通过反渗透处理成接近纯水，然后再送入电解槽。虽然看上去这条思路合情合理，但其代价却是致命的——占地面积翻倍、能耗翻倍、运维成本翻倍，额外还需要大量的淡水。而中国本身就面临着水资源紧缺的困扰。
谢和平的团队则挑战了这一“常识”，他们并没有改进现有的淡化设备，而是提出了一个更加激进的问题：是否可以完全不进行淡化？这一思维的基础在于一个物理定理：水会蒸发，而盐则不会。团队设计了一种疏水性多孔膜，将海水与浓电解液隔开，海水侧的水蒸气由于蒸气压差能够穿过膜，进入电解液后液化并参与电解；而盐离子无法挥发，始终被隔绝在外。这不是化学的胜利，而是物理上的突破。这一转变让两组难题得以打开。2022年11月，这项研究成果刊登于《自然》期刊，并被评为中国科学十大进展之一。业内人士在看到论文后的首反应并非“太厉害”，而是“这么简单的思路，为什么没人想到？”我认为，绝大部分同行的注意力都集中在了化学层面，致力于催化剂和电极材料的研究。
而谢和平的团队则由一群来自矿业、力学及材料等领域的跨学科人才组成。挖掘煤炭的人天生就有一种直觉：最棘手的问题往往不是化学反应本身，而是如何控制介质的进出。这样的跨界思维方式成为了突破的关键。论文的发表只是一个起点。在氢能领域，已经有很多漂亮的PPT方案，但真正能付诸实践的却屈指可数。2023年5月，福建兴化湾上，一台名为“东福一号”的漂浮平台被拖到海面，它是全球第一台在真实海况下进行海水电解的装置。首次点火时的氢气产量为每小时1.2标方，尽管在产业规模上看似微不足道，但它成功抵御了8级大风，连续运行了240小时。
到了2024年6月，谢和平与东方电气合作的第二篇论文发表在《自然·通讯》上，将海上风电与海水直接制氢成功结合。到2026年中，该技术已经完成了百标方级的陆上工程验证，并且在推进海上漂浮式设备与沿海示范项目的布局。这个从实验室走向海面，从1.2标方到百标方级的发展升级，在整个氢能行业都极为罕见。许多人问道：“氢能喊了这么多年，这是不是仅是一场空谈？”但我对此并不以为然。画大饼的项目通常会有一个特点——从概念到工程放大的过程中，会有五到十年的空档。而海水直接制氢技术却在一年多内完成了从实验室到海洋的跨越，这不仅是运气，而是工程闭环真正实现了。
这项技术本身所代表的价值还不止于此。深入分析可知，石油之所以值钱，并非只是因为其燃烧性能，而是因为资源分布在少数地区。中东掌握资源，而纽约和伦敦则控制着定价，中国则长期处于消费端。自1970年代布雷顿森林体系解体以来，美元与石油捆绑在一起，能源和货币开始深度结合。石油从未单纯是燃料，它更是一种金融权力的实物载体。只要能源仍然源自大地，话语权自然偏向那些拥抱资源的国家。
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