香港科技大学（港科大）研究团队联同美国亚利桑那州立大学及香港理工大学（理大），研发出一套崭新的可持续海水制氢系统。此系统能直接利用海水生产氢气，同时更能将水电解过程产生的废热转化为制氢所需的纯化水资源，实现“制氢、制水及热管理”的协同运作。此创新技术有望减少氢能对淡水资源的依赖，为淡水资源匮乏的地区发展可持续氢能提供崭新方向。
港科大土木及环境工程学系商启教授（右）及港科大土木及环境工程学系的博士后研究员及港科大环境工程学博士毕业生Gabriela Scheibel CASSOL博士（左）研发崭新的可持续海水制氢系统。
研究由港科大土木及环境工程学系商启教授、港科大土木及环境工程学系博士后研究员及港科大环境工程学博士毕业生Gabriela Scheibel CASSOL博士带领。团队包括美国亚利桑那州立大学Paul WESTERHOFF教授，以及理大博士后研究员（港科大土木工程学博士毕业生）及研究通讯作者宋英豪博士。相关成果已发表于国际研究期刊《自然通讯》，论文题为“Thermally symbiotic integration of osmotic membrane distillation and electrolysis for direct seawater hydrogen production”。
系统创新的“热协同”设计，实现“制水”与“热管理”两个过程相互配合，形成协同运作机制，提升海水转化效率。
创新“热协同”设计
提升海水转化效率
利用可再生能源生产氢气，被视为迈向低碳能源体系的重要发展方向之一。然而，传统水电解制氢技术需要高质量的纯化水资源，为淡水资源匮乏的地区构成额外挑战。虽然海水蕴藏丰富且供应稳定，是的替代水源，但当中的盐分及其他成分容易引发副反应，并加速电解槽膜和催化剂老化，从而限制海水直接电解制氢技术的实际应用。
为突破此技术瓶颈，研究团队结合“渗透膜蒸馏”与“碱性水电解”技术。当中，“渗透膜蒸馏”可从海水中分离出纯化水，同时阻隔海水的主要成分进入电解槽，使系统能采用成熟的碱性水电解技术，同时避免设备直接接触海水中的污染物。
此系统具备创新的“热协同”设计。系统会回收水电解时无可避免产生的热量，将其用于“渗透膜蒸馏”制水过程中；同时，“渗透膜蒸馏”过程亦有助带走电解槽产生的废热，从而使“制水”与“热管理”两个过程相互配合，形成协同运作机制，提升海水转化效率。
海水成分截留率达99%
研究团队亦利用真实海水进行应用实验，发现系统对主要海水成分的截留率超过99%，并能持续稳定运行达500小时，其法拉第效率（即实际用于制造目标产物的电量占总输入电量的百分比），以及氢气和氧气纯度均超过99%。研究团队进一步建立“热量–水–氢气”模型，显示此系统可以在商业碱性电解槽的效率范围内维持热循环，证明此技术具备长时间稳定运行的可行性。
港科大土木及环境工程学系教授及研究共同作者商启教授表示：“发展氢能不仅需要可再生电力，也需要可持续的水资源供应。我们的研究展示了一种崭新的方向，利用电解过程本身产生的热量来制备系统所需的纯化水，将原本需要被排走的废热转化为有价值的资源。这种‘热协同’设计不但有助提升能源与水资源的利用效率，更展示了海水制氢、海水淡化与热管理三者整合的可行性，为未来在沿海及缺水地区发展绿色氢能提供重要参考。”
研究团队表示，此次成果成功展示了海水净化、水电解制氢及热管理整合于同一平台的发展潜力。团队未来将积极拓展系统应用范围、并进一步测试其实际运行表现，以评估系统大规模制氢的可行性。
研究获香港研究资助局主题研究计划（项目编号：T21-604/19-R）、港科大“30 for 30”研究计划及理大杰出博士后奖学金计划支持。
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