在“碳中和”大背景下，碳排放与经济发展密切相关，而海洋的风能、太阳能以及潮汐能都属于可再生能源，也称为不稳定能源，这些能源储量巨大，取之不尽用之不竭，如何将这些能源进行有效储存或者将其变为稳定能源是非常头疼的问题。
氢能作为全球公认最清洁的二次能源之一，被列为实现脱碳的重要途径。那么如何获得氢呢？长期以来，人们一直在探索电解水制氢的思路。首先考虑利用的往往是身边直接接触的淡水。
但全球淡水资源总体短缺，给其规模化应用带来了诸多限制和挑战，而海水资源丰富，储量占全球总水量的96.5%。如果能够利用海水直接制氢，我国华北、长三角地区以及东南沿海将迎来可再生能源利用的新赛道。我国沿海地区具有丰富的风电资源，采用“海上风电+绿氢”的路线是能源转型的有效途径，也是深度“脱碳”的主要手段。
现代意义上的海水淡化技术则发展于第二次世界大战后，大批国际金融资本投入中东地区石油开发，使得该区域经济快速增长，同时伴随人口增加，许多干旱或水资源匮乏地区对淡水的需求进一步增加，而其独特地理位置和气候条件使得海水淡化方式成为解决淡水资源短缺的唯一选择。近40多年来，海水淡化方法在中东外的许多国家和地区得到迅速应用，并对海水淡化技术提出产业化、对其装置提出大型化的要求。
海水制氢是一种利用海水中的水分子进行电解反应产生氢气的技术。目前海水制氢已被视为一种可再生能源的替代解决方案。不过用电解水分解产生氢气和氧气所需的能量巨大，每制取1 kg氢气要消耗大约50 kWh电能，耗去淡水大概22 kg，制氢的一个主要挑战就是高电能消耗。
目前海水制氢主要通过电解、光解或者双膜方式，具有资源丰富、环保、生产效率高、安全等优势，但也面临着催化剂的选择、电解效率的提高、设备的耐腐蚀性等挑战。
我国已在某些环节有了突破性成果，比如2022年11月，中国工程院院士谢和平团队在《自然》杂志发表论文，以分子扩散、界面相平衡等物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。
此项技术隔开了海水离子通道，基本达到了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的效果，高效实现了在海水里原位直接电解制氢，省去了海水淡化这一流程。该项目第二步计划是实现规模化，研制大容量商业化电解槽，第三步是实现产业化。
国际上利用海水制氢已有一些试验性应用探索，例如：利用电解水制氢与燃料电池供电的可逆反应来实现可再生能源的海水电解；利用光伏发电来实现海水制氢，并实现白天和夜晚能源的循环利用等。可逆海水电解技术中，质子交换膜（PEM）电解水制氢是一种适应分布式可再生能源制氢的最佳方式。PEM电解水制氢与PEM燃料电池互为逆反应，前者电解水制氢，后者发电和排放出洁净水，且PEM电解槽的结构与PEM燃料电池电堆类似。
未来在市场驱动、各国政策支持下，伴随着海水制氢产业链不断延伸、技术不断完善和配套装备趋向产业化，海上可再生能源直接制氢将带动海水淡化、PEM电解槽、海洋能和海上航运等领域的发展，产生巨大的经济效益。