科大研发可持续海水制氢系统：废热变纯水，海水成分截留率超99%

香港科技大学土木及环境工程学系商启教授与博士后研究员Gabriela Scheibel CASSOL博士带领的研究团队，联同美国亚利桑那州立大学及香港理工大学，研发出一套崭新的可持续海水制氢系统。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」。这项研究获香港研究资助局主题研究计划（项目编号：T21-604/19-R）、科大「30 for 30」研究计划及理大杰出博士后奖学金计划支持。

传统水电解制氢技术需要高质量的纯化水资源，这对淡水资源匮乏的地区构成额外挑战。海水蕴藏丰富且供应稳定，是理想的替代水源，但其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，限制了海水直接电解制氢技术的实际应用。

为突破这一瓶颈，研究团队将「渗透膜蒸馏」与「碱性水电解」两项技术结合。渗透膜蒸馏能从海水中分离出纯化水，同时阻隔海水主要成分进入电解槽，使系统可以采用成熟的碱性水电解技术，避免设备直接接触海水中的污染物。

这套系统的核心创新在于「热协同」设计。水电解过程不可避免会产生热量，系统将其回收并用于渗透膜蒸馏的制水过程；渗透膜蒸馏在制水的同时，也有助于带走电解槽产生的废热。制水与热管理两个过程由此相互配合，形成协同运作机制，提升海水转化效率。

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。」

研究团队利用真实海水进行应用实验，而非实验室模拟。实验结果显示，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%。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，证明该技术具备长时间稳定运行的可行性。

从应用前景看，这项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。研究团队表示，此次成果展示了海水净化、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。