近日，厦门大学、嘉庚创新实验室郑南峰院士及陶华冰教授团队联合国家能源集团氢能科技有限责任公司、清华大学，应邀在Nature Chemical Engineering期刊以“Holistic strategies for scaling water electrolysis”为题发表评论文章。
文章围绕水电解技术从实验室研究迈向规模化工业应用过程中面临的关键问题，从材料、电化学、化学工程与能源系统等多学科交叉视角，提出水电解技术发展应从单一性能指标优化转向面向实际工业需求的系统级协同优化，并对未来水电解与绿氢产业的发展方向进行了展望。
在全球能源转型背景下，绿氢正成为推动能源体系低碳化和工业深度脱碳的重要途径。近年来，尽管全球绿氢项目规划和投资规模持续增长、电解槽成本快速下降，但实际投运规模与规划目标之间仍存在明显差距。文章指出，绿氢规模化发展的关键已不只是进一步降低设备价格，更在于提升项目全生命周期的经济性。
设备成本、系统效率、运行时间、运维成本和设备寿命等因素共同影响最终制氢成本。以百兆瓦级实际绿氢项目为例，研究显示，系统能效提升10%可使平准化氢成本降低约9%-10%，而制氢系统资本成本降低10%带来的降幅不足2%。这表明，未来绿氢降本需要从单一设备成本优化，进一步转向效率、寿命、运行和成本等多因素协同优化。
针对实验室高性能技术在工业放大过程中难以保持性能、难以适应真实运行工况的问题，文章进一步指出，制约水电解技术规模化应用的关键已不只是获得更高的实验室性能，更在于能否建立实际工业需求与基础材料研究之间的有效联系。为此，研究团队提出从实际工业运行需求出发，将可再生能源波动、频繁启停、压力变化及制造一致性等工程边界，逐级转化为系统、电解槽、关键部件和材料的设计要求，并通过贴近实际工况的测试验证和运行反馈形成闭环研发体系，推动水电解技术研发由“实验室性能导向”向“工业应用需求导向”转变。该思路体现了材料、电化学、工程技术与能源系统之间的跨尺度协同，也为基础研究成果向工业应用转化提供了新的研究范式。
面向未来绿氢技术体系的发展，文章还从能源与化工系统深度耦合的角度，提出化学过程电气化、离网制氢、智能自主运行和分布式模块化四个重要方向，强调未来水电解研究不应局限于电解槽本体性能提升，而应进一步加强可再生能源、制氢、储氢和下游利用之间的协同，推动基础材料、电化学器件、过程工程及能源系统等不同学科方向进一步交叉融合，提升绿氢系统的灵活性、可靠性和全生命周期经济性。
厦门大学、嘉庚创新实验室郑南峰院士、陶华冰教授，国家能源集团氢能事业部刘玮主任和清华大学林今副教授为论文通讯作者。厦门大学2023级博士研究生黄美铨与清华大学池映天博士后为论文共同第一作者。该工作得到教育部“基础学科和交叉学科突破计划”（JYB2025XDXM306）项目支持。
图文来源：嘉庚创新实验室公众号
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