編者按：“十五五”時(shí)期是我國(guó)加快構(gòu)建新型能源體系和實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵期。“十五五”規(guī)劃綱要提出，“深入實(shí)施能源安全新戰(zhàn)略，加快構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系，建設(shè)能源強(qiáng)國(guó)”。同時(shí)，在瞄準(zhǔn)世界科技前沿強(qiáng)化系統(tǒng)布局實(shí)施科技戰(zhàn)略部署、加快戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面，“十五五”規(guī)劃綱要都提到了新能源。聚焦建設(shè)能源強(qiáng)國(guó)，我們即日起推出“向新向綠向未來(lái)”系列報(bào)道，展現(xiàn)相關(guān)科技創(chuàng)新成果、重點(diǎn)工程建設(shè)成就、高端裝備應(yīng)用實(shí)踐。

在黃海之濱的青島西海岸新區(qū)，中國(guó)石化青島煉油化工有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱中國(guó)石化青島煉化公司)氫能“產(chǎn)研加”示范園內(nèi)，我國(guó)首個(gè)工廠化海水制氫科研項(xiàng)目——青島煉化海水制氫科研項(xiàng)目正在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。海上光伏發(fā)出的綠電驅(qū)動(dòng)電解槽，將通過(guò)管道源源不斷流入的海水分解成氫氣和氧氣。

今年3月，這一項(xiàng)目完成了累計(jì)1000小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行，具備了從科研成果向規(guī)?；G氫生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的落地條件，標(biāo)志著我國(guó)海水直接制氫技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化邁出了關(guān)鍵一步。目前，研究團(tuán)隊(duì)正在緊鑼密鼓開(kāi)展工業(yè)示范研究，加速海水直接制氫技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。

海水直接制氫，從技術(shù)攻堅(jiān)到產(chǎn)業(yè)落地，背后需要攻克哪些難關(guān)?“光伏發(fā)綠電、綠電制綠氫、綠氫就地用”的探索，將為產(chǎn)業(yè)發(fā)展、百姓生活帶來(lái)哪些變化?

破解世界難題，海水不經(jīng)淡化直接電解制氫

氫能，是指氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所釋放出的化學(xué)能，唯一排放物是水，被譽(yù)為“21世紀(jì)終極能源”。它帶有能源和原料雙重屬性，是構(gòu)建清潔低碳安全高效新型能源體系、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要支撐。

數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)氫能全年生產(chǎn)消費(fèi)規(guī)模已超3650萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量的36.6%，連續(xù)多年位居世界第一。隨著“十五五”規(guī)劃綱要明確將氫能納入未來(lái)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)培育方向，綠氫需求將持續(xù)攀升。

“目前我國(guó)氫能主要來(lái)自化石燃料制備，但制備過(guò)程碳排放量較高。”中國(guó)石化青島煉化公司煉油工藝專家、氫能相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人秦衛(wèi)龍說(shuō)。

利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電，通過(guò)電解水方式制取的綠氫，制備過(guò)程零碳排放，是氫能發(fā)展的未來(lái)方向。然而，傳統(tǒng)的電解水制氫方式，高度依賴高清潔度的淡水資源。每制取1千克氫氣，理論上大約需消耗9千克水。淡水資源的稀缺，制約了綠氫產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。

解決“淡水依賴癥”，科技工作者們將目光轉(zhuǎn)向大海。海上風(fēng)光綠電資源豐富，海水取之不盡、用之不竭，為海水電解制氫提供了近乎無(wú)限的電能和原料，應(yīng)用前景廣闊。

然而，用海水直接制氫，說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單做起來(lái)難。

在中國(guó)石化青島煉化公司發(fā)展規(guī)劃高級(jí)專家、青島煉化海水制氫科研項(xiàng)目負(fù)責(zé)人梁峰看來(lái)，海水直接制氫，難點(diǎn)在于“制”，更在于“穩(wěn)”。海水中含有約3.5%的鹽分，還有多種微量元素、微生物和懸浮物等，腐蝕性強(qiáng)，易結(jié)垢沉積。在這樣的環(huán)境中，傳統(tǒng)電解設(shè)備制氫難，要想長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行也難。

如何在復(fù)雜海水環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效制氫，是一道困擾科研人員多年的世界級(jí)難題。據(jù)秦衛(wèi)龍介紹，國(guó)外海水直接電解制氫技術(shù)目前尚處于研發(fā)階段，示范類項(xiàng)目基本采用“海水淡化+傳統(tǒng)制氫”耦合方式。

如果不淡化海水，能否通過(guò)運(yùn)用耐腐蝕、高活性的電極、極板材料，來(lái)實(shí)現(xiàn)直接制氫?中國(guó)石化青島煉化公司與大連石油化工研究院聯(lián)合組建攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，向著這一目標(biāo)奮力攀登。

攀登路上，要闖過(guò)一道道難關(guān)。秦衛(wèi)龍介紹，研發(fā)初期，團(tuán)隊(duì)直面海水中雜質(zhì)多，存在腐蝕、副反應(yīng)等問(wèn)題，研發(fā)出新型高定向選擇電極材料，通過(guò)在催化劑表面構(gòu)建“防護(hù)罩”，來(lái)解決雜質(zhì)離子帶來(lái)的種種難題。研發(fā)后期，團(tuán)隊(duì)人員發(fā)現(xiàn)，電解制備過(guò)程中，隨著水不斷消耗，鹽類累積問(wèn)題凸顯，威脅制氫裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。他們開(kāi)發(fā)電解液離子平衡工藝，將鹽類以產(chǎn)品形式產(chǎn)出，不僅消除了安全隱患、提升了制氫效率，還提高了經(jīng)濟(jì)性。

就這樣，研發(fā)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)守在科研項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，解決一個(gè)又一個(gè)難題，調(diào)試一個(gè)又一個(gè)參數(shù)，突破了耐氯電極技術(shù)、高性能極板設(shè)計(jì)以及海水循環(huán)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，解決了世界級(jí)難題。經(jīng)過(guò)他們的努力，2024年12月，青島煉化海水制氫科研項(xiàng)目建成國(guó)內(nèi)首個(gè)工廠化海水直接制氫科研裝置并投入運(yùn)行。

運(yùn)用工廠化模式，形成零碳綠色的新能源產(chǎn)業(yè)鏈

有的科研項(xiàng)目會(huì)采取在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展小試或中試的方式，來(lái)進(jìn)行科研成果量產(chǎn)前的試驗(yàn)。而青島煉化海水制氫科研項(xiàng)目采用的是“工廠化海水制氫”模式，直接在石化園區(qū)開(kāi)展試驗(yàn)。

這一模式的最大特點(diǎn)在于，制氫裝置的原料來(lái)源、產(chǎn)品去向等，都與工廠日常生產(chǎn)緊密相關(guān)。該科研項(xiàng)目在青島煉化氫能“產(chǎn)研加”示范園實(shí)施，這是一個(gè)集氫能生產(chǎn)、研發(fā)和加注等于一體的綜合性平臺(tái)。科研項(xiàng)目所用海水來(lái)自園區(qū)附近海域，電能是海上及園區(qū)屋頂光伏電站生產(chǎn)的綠電，綠氫產(chǎn)品在園區(qū)內(nèi)便可就地應(yīng)用。

在這一模式下，大規(guī)模的長(zhǎng)周期試驗(yàn)得以開(kāi)展。該科研項(xiàng)目的電解槽用電功率達(dá)百千瓦級(jí)，每小時(shí)可生產(chǎn)綠氫20標(biāo)準(zhǔn)立方米。這些氫氣完全符合國(guó)標(biāo)要求，可以直接并入中國(guó)石化青島煉化公司的管網(wǎng)系統(tǒng)，用于煉化生產(chǎn);或者注入加氫站，為當(dāng)?shù)氐臍淠苤乜?、公交車提供清潔?dòng)力。

在青島煉化氫能“產(chǎn)研加”示范園內(nèi)，圍繞海水制氫科研裝置，還有多個(gè)與科研項(xiàng)目密切相關(guān)的重點(diǎn)項(xiàng)目、重點(diǎn)設(shè)施。隨著秦衛(wèi)龍逐一介紹，示范園內(nèi)這條從“光伏發(fā)綠電”到“綠電制綠氫”再到“綠氫就地用”，零碳、綠色的新能源產(chǎn)業(yè)鏈在記者眼中愈加清晰。

示范園水域連通海域，水波蕩漾，水面上一片片深藍(lán)色光伏板在陽(yáng)光下熠熠生輝。裝機(jī)規(guī)模7.5 兆瓦的全國(guó)首座工廠化全海水環(huán)境漂浮式光伏電站，2025年7月建成投用。示范園內(nèi)，還有一個(gè)5.5兆瓦樁基式水面光伏項(xiàng)目，2024年便已投運(yùn)。一個(gè)23兆瓦水面光伏項(xiàng)目已經(jīng)立項(xiàng)，待其建成投運(yùn)，示范園內(nèi)水面光伏裝機(jī)總規(guī)模將達(dá)36兆瓦，年發(fā)綠電可達(dá)5000萬(wàn)千瓦時(shí)，為綠氫生產(chǎn)提供充足的清潔電力支撐。

示范園內(nèi)，有氫能生產(chǎn)地，也有集散地。這里有加氫“子母站”：山東省“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)重大示范試點(diǎn)項(xiàng)目——青島煉化氫能資源基地項(xiàng)目為“加氫母站”，主要產(chǎn)出燃料電池用氫氣，為青島市氫燃料電池車提供用氫來(lái)源;氫能加供中心——海河路加氫站為“加氫子站”，這是我國(guó)首座“碳中和”加氫站，不僅可為用氫車輛加注氫氣，還能向運(yùn)氫車輛灌裝氫氣。

依托青島煉化海水制氫科研項(xiàng)目，示范園內(nèi)建設(shè)了工業(yè)規(guī)模海水制氫示范項(xiàng)目，著力于推動(dòng)科研成果落地規(guī)?；?、工業(yè)化運(yùn)行。

走近海水直接制氫裝置，會(huì)發(fā)現(xiàn)它主要由電解槽、輔助系統(tǒng)以及鹽度平衡控制系統(tǒng)構(gòu)成。與運(yùn)用純水的制氫裝置相比，它在產(chǎn)出氫氣和氧氣的同時(shí)，還多了一些產(chǎn)品。通過(guò)材料、設(shè)備以及工藝的耦合，可將海水中濃縮的鹽類析出，產(chǎn)出氯化鈉、鈣鹽和鎂鹽等。

“這項(xiàng)科研項(xiàng)目降低了電解水制氫對(duì)水質(zhì)的指標(biāo)要求，拓展了電解水制氫原料來(lái)源，為電解水制氫行業(yè)未來(lái)的降本增效提供了新的解決思路。”秦衛(wèi)龍說(shuō)，不僅如此，科研成果還可應(yīng)用于工業(yè)含鹽廢水的處理。

我國(guó)石油化工、煤化工、電力、印染、制藥、電鍍等行業(yè)工業(yè)含鹽廢水年排放量較高，處理成本高昂。如果海水直接制氫技術(shù)拓展應(yīng)用于工業(yè)含鹽廢水制氫領(lǐng)域，在制氫過(guò)程中同步實(shí)現(xiàn)廢水高效濃縮，將實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益等多贏。

錨定“雙碳”目標(biāo)，讓綠氫賦能更多應(yīng)用場(chǎng)景

目前，青島煉化海水制氫科研項(xiàng)目已更換了新一代電極和極板材料，并計(jì)劃今年年底前完成2000小時(shí)的穩(wěn)定性試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證技術(shù)的可靠性。

“工業(yè)電解槽的商業(yè)化運(yùn)行通常要求壽命達(dá)到5至8年。因此，距離大規(guī)模商業(yè)化推廣，海水直接制氫仍需進(jìn)一步開(kāi)展長(zhǎng)期連續(xù)工況驗(yàn)證試驗(yàn)，全面評(píng)估壽命與經(jīng)濟(jì)可行性。”秦衛(wèi)龍說(shuō)。

要真正實(shí)現(xiàn)從試驗(yàn)場(chǎng)到工業(yè)化生產(chǎn)、規(guī)模化場(chǎng)景應(yīng)用，不光要求技術(shù)成熟，還要考慮成本與效益。

通過(guò)科研攻關(guān)和技術(shù)創(chuàng)新，目前示范園內(nèi)綠電制氫生產(chǎn)成本已降至科研項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)初期的一半。“海水直接制氫的成本主要依賴于電價(jià)成本，示范園內(nèi)實(shí)現(xiàn)光伏綠電自給自足，成本較網(wǎng)電至少降低50%。”秦衛(wèi)龍進(jìn)一步介紹，對(duì)工業(yè)化、規(guī)?；G電制氫而言，綠電價(jià)格仍存在下降空間，在一定價(jià)格區(qū)間內(nèi)，綠電海水制氫的經(jīng)濟(jì)性將可與化石能源制氫相匹敵。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)優(yōu)化海水電解工藝、提升裝備運(yùn)行效率，著力通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模化效應(yīng)不斷壓低制氫成本，加速海水直接制氫技術(shù)的推廣和商業(yè)化應(yīng)用。

近年來(lái)，中國(guó)石化青島煉化公司錨定“雙碳”目標(biāo)，在氫能領(lǐng)域持續(xù)深耕，走出了一條從技術(shù)攻堅(jiān)到產(chǎn)業(yè)落地的創(chuàng)新之路。

幾年前，青島市在西海岸新區(qū)開(kāi)通了氫能公交示范線，卻面臨“有氫能車，無(wú)本地氫源”的困境。中國(guó)石化青島煉化公司科研團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)化學(xué)精制法燃料電池氫生產(chǎn)技術(shù)，于2021年8月產(chǎn)出青島市第一車燃料電池氫，實(shí)現(xiàn)了“青島的車用上青島的氫”。目前，該公司氫能出廠量累計(jì)已達(dá)1400噸。

在海河路加氫站，一輛輛氫能公交車緩緩駛?cè)?，有序排?duì)加氫。運(yùn)氫車輛來(lái)到這里，灌裝氫氣后運(yùn)往青島市內(nèi)和山東省內(nèi)其他城市。這里既是氫能車輛的“補(bǔ)給站”，也是氫能的“集散地”。

秦衛(wèi)龍說(shuō)，隨著青島煉化海水制氫科研項(xiàng)目的推進(jìn)，中國(guó)石化青島煉化公司計(jì)劃將現(xiàn)有加氫站升級(jí)為全國(guó)首座海水制氫加氫站，助力青島市在全國(guó)率先實(shí)現(xiàn)綠氫交通、建成綠氫港口。

今年2月6日，500輛氫能共享單車在青島西海岸新區(qū)泊里鎮(zhèn)投入運(yùn)營(yíng)。它們外觀與普通電動(dòng)自行車相似，里面的“心臟”卻截然不同。氫能共享單車運(yùn)用的是氫燃料電池，加注一次氫氣，續(xù)航可達(dá)百公里，一年下來(lái)每輛車可減少二氧化碳排放約150千克。收費(fèi)價(jià)格，則與市面上常見(jiàn)的共享單車差不多。氫能共享單車一經(jīng)推出，廣受市民歡迎。據(jù)了解，青島西海岸新區(qū)計(jì)劃今年在全區(qū)投放氫能共享單車逾萬(wàn)輛。

針對(duì)氫能共享單車等新興業(yè)態(tài)，中國(guó)石化青島煉化公司正推進(jìn)加氫站升級(jí)，擬將其打造成“加氫、充裝、換氫”一體站。升級(jí)后，可批量為氫能共享單車更換儲(chǔ)氫瓶。

2026年政府工作報(bào)告提出，大力發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟(jì)，設(shè)立國(guó)家低碳轉(zhuǎn)型基金，培育氫能、綠色燃料等新增長(zhǎng)點(diǎn)?！吨袊?guó)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告(2026)》中提到，今年將是我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)“量增”與“質(zhì)變”并舉的一年。在明確的戰(zhàn)略指引下，氫能產(chǎn)業(yè)將在綠氫規(guī)?；a(chǎn)、工業(yè)深度脫碳應(yīng)用等核心賽道上取得決定性進(jìn)展。

從交通示范到工業(yè)脫碳，從零碳園區(qū)建設(shè)到百姓日常生活，綠氫的消費(fèi)模式也將加速迭代，發(fā)生更多變化。從向海取氫的技術(shù)突破，到制氫成本的持續(xù)下降，未來(lái)，隨著海水直接制氫技術(shù)真正落地商用，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，綠氫有望賦能更多應(yīng)用場(chǎng)景，更加有力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型。

知識(shí)鏈接 | 灰氫 藍(lán)氫 綠氫

根據(jù)制備方式不同，氫氣可分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫。

灰氫是指通過(guò)天然氣、石油等化石燃料，經(jīng)過(guò)重整或氣化等過(guò)程產(chǎn)生的氫氣。由于主要原料天然氣資源豐富且價(jià)格低廉，因此灰氫的價(jià)格相對(duì)較低。但是，灰氫的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳排放。

藍(lán)氫是在灰氫的基礎(chǔ)上，結(jié)合碳捕集、利用與封存技術(shù)獲取的氫氣。碳捕集和封存技術(shù)需要額外的投資和運(yùn)營(yíng)成本，因而藍(lán)氫的生產(chǎn)成本相對(duì)較高。相較于灰氫，藍(lán)氫更具環(huán)保優(yōu)勢(shì)，被視為一種過(guò)渡性的清潔能源。

綠氫是指利用可再生能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能等)發(fā)電，通過(guò)電解水方式產(chǎn)生的氫氣。其生產(chǎn)過(guò)程無(wú)碳排放，符合低碳環(huán)保理念。綠氫的生產(chǎn)成本主要受制于電解水技術(shù)和可再生能源發(fā)電技術(shù)的成本。