通讯员:浙江海洋大学石油化工与环境学院学生科创团队
【导语】
在国家“双碳”战略、十五五新质生产力培育政策驱动下,海上风电耦合海水制氢成为沿海地区绿氢发展核心路径,但淡水短缺、贵金属耗材成本高、海水腐蚀失效、量产困难四大行业痛点长期制约产业商业化。由浙江海洋大学石油化工与环境学院学生团队研发的普鲁士蓝衍生的空心自支撑非贵金属催化电极完成全套中试验证,依托原创抗氯结构、常温常压量产工艺,全面对标甚至超越进口贵金属产品,打造低成本国产化海水制氢核心材料方案,开辟25亿元蓝海市场。
一、行业发展深陷多重桎梏,催化材料成为最大瓶颈
当前商用海水电解阳极普遍采用铱、钌贵金属体系,产业链矛盾集中凸显:一是资源成本受制海外,贵金属矿产集中于南非、俄罗斯,电极售价6100-6800元/㎡,占电解槽总投入30%;二是海水工况适配性极差,氯离子生成氯气腐蚀基材,钙镁离子结垢堵塞活性位点,市面产品天然海水连续运行不足300小时,设备运维、更换成本居高不下;三传统制备工艺难以放大,高温水热法仅能小批量克级合成,能耗高、批次性能差异大,科研成果难以落地工厂;四淡水资源约束明显,舟山等沿海城市人均淡水不足全国1/3,海水淡化预处理每吨耗电3-10kWh,进一步抬高制氢成本,形成“高价—低需求—难规模化”产业死循环。行业数据显示(图1),2026年国内海水制氢催化剂市场规模3-4亿元,2030年将增长至16.3-25.5亿元,5-7倍高速增长,市场迫切需要国产低成本长效催化材料替代进口贵金属。
图1 制氢催化剂市场规模将呈现持续、快速的增长态势
二、五大原创技术创新,构建产品核心竞争壁垒
项目自研Fe‑CoCo‑PBA普鲁士蓝基催化电极,从材料、结构、工艺三层实现颠覆性创新:
1. 空心多级结构设计:大幅提升比表面积与传质效率,0.5 A·cm-2工业标准电流密度下过电位仅568 mV,催化活性比肩贵金属;
2. 原位自生抗氯保护层:晶格固定钴氰根离子、富集氢氧根,双重阻隔氯离子,氯气副反应率低于0.5%,天然海水稳定运行超1000小时;
3. 全铁钴非贵金属体系,原材料成本仅为贵金属催化剂50%,终端定价3200-3500元/m2,价格直接减半;
4. 常温常压共沉积量产工艺,无需高温高压设备,生产能耗降低60%,可稳定平方米级工业化量产,良品率95%以上;
5. 通用标准化尺寸设计,可直接替换市面所有主流电解槽阳极,客户无需改造设备,大幅降低项目落地成本。
三、多重国家级战略价值
能源安全层面,产品摆脱淡水与贵金属双重对外依赖,适配“海上风电+就地制氢”,每年可消纳千万度弃风电量,完善分布式绿氢供给体系;
产业升级层面,打破优美科、贵研铂业等企业海外技术垄断,单座10 MW制氢项目可节省催化剂投资80-100万元,加速绿氢平价;
绿色生态层面,抑制氯气污染物排放,同步联产氢氧化镁、淡水副产物,实现海水资源循环利用,每吨绿氢可减排二氧化碳20吨;
区域民生层面,带动上下游新材料、装备制造就业,助力舟山临港海洋经济高质量发展。
【结语】
目前项目已达成多家氢能设备企业采购意向,完成小批量试样上机验证,中试产线筹备工作有序推进。未来团队将持续迭代技术,目标将电极稳定运行时长提升至4000小时以上,打造国内海水制氢非贵金属催化材料龙头企业,为我国海洋新能源与“双碳”目标提供国产化核心解决方案。
