科大研發可持續海水製氫系統

香港科技大學（科大）研究團隊聯同美國亞利桑那州立大學及香港理工大學（理大），研發出一套嶄新的可持續海水製氫系統。此系統能直接利用海水生產氫氣，同時更能將水電解過程產生的廢熱轉化為製氫所需的純化水資源，實現「製氫、製水及熱管理」的協同運作。此創新技術有望減少氫能對淡水資源的依賴，為淡水資源匱乏的地區發展可持續氫能提供嶄新方向。

研究由科大土木及環境工程學系商啟教授、科大土木及環境工程學系博士後研究員及科大環境工程學博士畢業生Gabriela Scheibel CASSOL博士帶領。團隊包括美國亞利桑那州立大學Paul WESTERHOFF教授，以及理大博士後研究員（科大土木工程學博士畢業生）及研究通訊作者宋英豪博士。相關成果已發表於國際研究期刊《自然通訊》，論文題為「Thermally symbiotic integration of osmotic membrane distillation and electrolysis for direct seawater hydrogen production」。

創新「熱協同」設計  提升海水轉化效率

利用可再生能源生產氫氣，被視為邁向低碳能源體系的重要發展方向之一。然而，傳統水電解製氫技術需要高質量的純化水資源，為淡水資源匱乏的地區構成額外挑戰。雖然海水蘊藏豐富且供應穩定，是極佳的替代水源，但當中的鹽分及其他成分容易引發副反應，並加速電解槽膜和催化劑老化，從而限制海水直接電解製氫技術的實際應用。

為突破此技術瓶頸，研究團隊結合「滲透膜蒸餾」與「鹼性水電解」技術。當中，「滲透膜蒸餾」可從海水中分離出純化水，同時阻隔海水的主要成分進入電解槽，使系統能採用成熟的鹼性水電解技術，同時避免設備直接接觸海水中的污染物。

此系統具備創新的「熱協同」設計。系統會回收水電解時無可避免產生的熱量，將其用於「滲透膜蒸餾」製水過程中；同時，「滲透膜蒸餾」過程亦有助帶走電解槽產生的廢熱，從而使「製水」與「熱管理」兩個過程相互配合，形成協同運作機制，提升海水轉化效率。

海水成分截留率達99%

研究團隊亦利用真實海水進行應用實驗，發現系統對主要海水成分的截留率超過99%，並能持續穩定運行達500小時，其法拉第效率（即實際用於製造目標產物的電量佔總輸入電量的百分比），以及氫氣和氧氣純度均超過99%。研究團隊進一步建立「熱量–水–氫氣」模型，顯示此系統可以在商業鹼性電解槽的效率範圍內維持熱循環，證明此技術具備長時間穩定運行的可行性。

科大土木及環境工程學系教授及研究共同作者商啟教授表示：「發展氫能不僅需要可再生電力，也需要可持續的水資源供應。我們的研究展示了一種嶄新的方向，利用電解過程本身產生的熱量來製備系統所需的純化水，將原本需要被排走的廢熱轉化為有價值的資源。這種『熱協同』設計不但有助提升能源與水資源的利用效率，更展示了海水製氫、海水淡化與熱管理三者整合的可行性，為未來在沿海及缺水地區發展綠色氫能提供重要參考。」

研究團隊表示，是次成果成功展示了海水淨化、水電解製氫及熱管理整合於同一平台的發展潛力。團隊未來將積極拓展系統應用範圍、並進一步測試其實際運行表現，以評估系統大規模製氫的可行性。

研究獲香港研究資助局主題研究計劃（項目編號：T21-604/19-R）、科大「30 for 30」研究計劃及理大傑出博士後獎學金計劃支持。