伴随氢医学和氢健康产业的发展，制氢材料作为氢健康产业的关键一环也与时俱进，得以快速发展。木齐科技利用金属/非金属水解制氢原理，将制氢材料与多种矿物进行复合，经陶瓷工艺成型/烧结研制出了矿物制氢材料系列产品，并获得了5项国家授权发明专利。十多年来，矿物制氢材料在净水设备、富氢杯壶、烟酒醇化、食用菌和氢农业等产业得到了应用，并出口到日本、韩国、欧美等10多个国家，已初步形成了一个新赛道。本文就矿物制氢材料的定义、制氢原理、知识产权、功能特点及应用进行了梳理，以飨希望全面了解和正在应用矿物制氢材料的从业者。

我们首先了解一下常规的制氢技术都有哪些？

常规制氢技术主要有化石燃料制氢、工业副产物制氢、水解制氢和生物质制氢等。其中水解制氢是未来氢产业的主流制氢技术，它是通过各种方式将水中的氢水解成氢气，是目前应用最广的一种制氢方式，主要有金属水解制氢、矿物水解制氢、电解水制氢、光解水及激光水解制氢等。以下是最常用的几种水解制氢技术介绍。

电解水制氢是氢产业应用最多，最有潜力的制氢技术，其在氢能源和氢健康产业的应用非常广泛。电解制氢主要有碱性水电解和质子交换膜（PEM）纯水电解制氢，还有高温蒸汽电解和固体氧化物电解制氢。这几种电解制氢技术中，PEM纯水电解制氢潜力比较大，碱性水电解制氢比较成熟，固体氧化物电解制氢还处于实验室阶段。

光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。该技术还需要大幅提高光解效率才能商业化应用，目前还处于实验研究阶段。

矿物水解制氢是利用镁基/硅基/铝基/钙基等金属或非金属矿物制氢材料或其氢化物与多种矿物材料复合，经陶瓷工艺成型，采用烧制或无机胶凝技术制成且遇水产氢的矿物复合制氢材料。矿物水解制氢以其制氢/储运方便、应用简单正成为氢产业的重要制氢技术。

以上制氢技术各有优缺点，在不同的环境和产品上可应用不同的制氢技术。电解制氢效率高，制氢量大，主要应用于氢能源和氢健康的制氢设备，但存在一次投入高、维护成本高等问题；光解水制氢是一种比较理想的制氢方式，该技术还处于实验室阶段，目前受制于制氢效率低，从而影响产业化应用。矿物水解制氢主要是应用方便、储运安全，特别是在氢健康和氢农业产业的应用比较多。

图1 矿物制氢材料生产设备

那么，什么是矿物制氢材料？

矿物制氢材料是木齐科技定义的一个新名词。过去，该类制氢材料叫法颇多，例如镁粒/镁球、富氢球/富氢石、水素球等等，由于名称不统一导致用户难以分辨，加上材料质量参差不齐，又没有行业标准规范，致使矿物制氢材料的发展缓慢。木齐科技作为矿物制氢材料的头部企业，与业内专家几经讨论后对矿物制氢材料进行了重新定义。

矿物制氢材料是指利用金属/非金属或其氢化物等制氢材料与多种矿物材料复合，经陶瓷工艺成型，采用烧制或无机胶凝技术制成且遇水产氢的一种矿物复合制氢材料。

那么，为什么叫矿物制氢材料呢？这些可以水解制氢的材料主要有镁基、硅基、钙基和铝基等或其氢化物、硼氢化物。镁基、铝基是金属矿物制氢材料，硅基和钙基是非金属矿物制氢材料，所以统称为矿物制氢材料比较合适。

图2 矿物制氢颗粒、制氢瓷片、陶瓷膜制氢滤芯

矿物制氢材料的制氢原理

矿物制氢材料是通过与水反应制氢。其中，镁基矿物制氢材料的原理是利用镁与水发生水解反应制取氢气，硅基矿物制氢材料的原理是利用纳米硅与水发生反应制氢。

反应方程式为:Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。

反应方程式为：Si+2H2O＝SiO2（H2SiO3）+2H2↑。

镁基矿物制氢材料的反应产物为氢氧化镁和氢气，氢氧化镁被包覆在矿物复合材料内不会溶出，只有产生的氢气通过矿物制氢材料的微纳米通道释放出来。

硅基制氢材料的反应产物为偏硅酸/二氧化硅和氢气，偏硅酸在水中不稳定易变成二氧化硅且被包覆在矿物材料内。

为何要将金属/非金属制氢材料与矿物材料复合？

首先是安全问题，镁基材料有易燃性，将其与矿物材料复合具有较强的惰性，安全性得到保障。再就是与矿物材料复合后可提供催化反应的微电解环境，更有利于提高制氢效率和可控释氢。还有就是矿物复合制氢材料水解制氢的同时，可溶出丰富的矿物质元素，提高氢水的PH值，更有利于水质的改善。

目前，上市销售的矿物制氢材料主要有镁基和硅基两种，产品形态有制氢颗粒、瓷片和陶瓷膜制氢滤芯三种。

在矿物制氢材料的研制方面，木齐科技走在了前列，也是制氢产品种类比较全的生产厂家。制氢颗粒有镁基和硅基，其适用水温范围宽，水温越高制氢越快。主要应用于富氢杯壶、氢水机、氢农业和氢美容等产品。制氢瓷片型有镁基和硅基，因其采用压制工艺制成，常温水反应较慢，更适用开水/热水制氢，水温越高制氢越快。主要应用于富氢杯壶、氢美容等产品。陶瓷膜制氢滤芯是新开发的矿物制氢产品，采用压滤式水解制氢原理，具有制氢效率高、水质干净无粉尘等特点，可适用冷热水。陶瓷膜制氢滤芯主要应用于氢水机和氢农业等领域。

矿物制氢材料所制氢水除了含氢外，还有什么功能特点？

矿物制氢材料水解制氢成的富氢水具有五种功能特点，分别是富含氢、负电位、弱碱性、小分子团和富含矿物质。

所制的氢水含氢浓度可达1500ppb以上，负电位（ORP）达到-200mv以下。负电位是指水的氧化还原电位（ORP），是用来衡量水的氧化性和还原性的指标。正常饮用水的氧化还原电位值在正的100mv左右，而矿物制氢材料制造的氢水氧化还原电位（ORP）为-200至-500mv，具有较强的还原性。饮用负电位会不仅可缓解运动后的肌肉酸痛，对抗疲劳也有效果。

矿物制氢材料制成的富氢水弱碱性在8-8.5之间，若浸泡时间长则会达到9-9.5。水分子团O17半峰宽可达到45Hz。水分子团大小一般采用O17的半峰宽来判断，半峰宽越大说明水分子团越大，越小说明水分子团越小。正常饮用水的O17的半峰宽为80Hz以上，而矿物制氢材料经复旦大学分析测试中心检测O17的半峰宽为45Hz，是比较好的小分子团水。

矿物制氢材料是根据德国诺尔登瑙洞窟泉水的制氢原理，模拟洞窟岩壁矿物成分，在水中浸泡或水流经时会溶出微量元素，主要有镁、锌、钙、偏硅酸等微量元素，这些矿物质可提高水的碱性，降低水的氧化还原电位值。

图3 矿物制氢抗氧化和小分子团水实验演示

矿物制氢材料获得的专利有哪些？

矿物制氢材料自上市以来，历经多次技术升级迭代。不仅研制出硅基和镁基等矿物制氢材料，还结合了多种新材料技术，比如石墨烯技术、合金催化技术、无机胶凝技术等。木齐科技将这些新技术申报了多项国家专利，现已获得5项国家授权发明专利：

（1）石墨烯激活制氢材料及其制备方法和应用（2016 1 0480766.3）

（2）固态负载氢气材料及其制备方法和应用（ZL2023 1 0033992.7）

（3）制造富氢水合金陶瓷材料及其制备方法和应用（ZL2015 1 0456288.8）

（4）矿物陶瓷材料、陶瓷基储制氢材料原料组合物、陶瓷及储制氢材料及颗粒制备方法及应用（ZL2021 1 0656140.4）

（5）多元核壳结构的无机抗菌净水功能球及其制备方法（ZL 2022 10958043.5）

为了保障矿物制氢材料的安全性和功能性，木齐科技在第三方权威检测机构进行了检测。在SGS进行了安全性检测，完全符合国家饮用水卫生规范指标要求；在复旦大学进行了O17的半峰宽检测，证实是比较小的分子团水；在复达进行了氢气含量检测，达到万级ppb氢气释放量；在博谱进行了微量元素溶出检测，可溶出镁、钙、锌、钾、偏硅酸等矿物质元素。为了保证矿物制氢材料质量，还进行了企业标准的备案声明，从原料到产品进行了质量控制。

矿物制氢材料与电解制氢技术的区别有哪些？

电解制氢技术自英国发明，以历经100多年的发展，技术和产业都比较成熟，特别是在氢能源和氢健康产业的应用占到了95%以上。而矿物制氢技术才发展不到20年，其模拟德国诺尔登瑙洞窟岩矿制氢水的原理制成，主要是在氢健康和氢农业产业的应用，目前市场份额还比较少，但未来发展潜力巨大。在氢健康产业，矿物制氢已经显现出较强的优势，特别是在很多制氢水设备中可与电解制氢完美结合，既解决了电解制氢水碱性小分子弱和无矿物质等问题，又可增强锁氢时间和制氢寿命。所以未来电解氢和矿物氢结合应用是制氢水设备的一种新工艺。我们主要从以下三个方面对两种制氢技术的区别进行分析。

A、两种制氢技术的适用水温不同。矿物制氢材料适用水温比较宽0-100℃，可以开水制氢。而电解制氢适用常温水，水温不能超过60℃。

B、制造的水质功能不同。矿物制氢材料制造的富氢水是五种特性，既富含氢、负电位、弱碱性、小分子团和富含矿物质。而电解富氢杯制造的水只含氢和负电位。

C、使用方式不同。矿物制氢材料不用电，电解制氢需要插电或充电才可制氢。

表1 电解制氢与矿物制氢技术优缺点

电解制氢技术以其高效、持续制氢等特点成为主流的制氢应用技术，但因其制造成本和维护成本较高导致售价高、成交慢等问题限制了其在氢健康产业的应用发展。而矿物制氢技术相对于电解水制氢，具有使用方便、成本低、免维护、高频消费等特点，应用范围在不断扩大，更容易正在走进千家万户。

矿物制氢材料已经在氢水设备、富氢杯壶、氢农业、烟酒醇化等产业进行了大量应用，并形成了一个新兴的产业赛道。2024年木齐科技与武汉理工大学开展了硅氢陶瓷膜的研制与应用，将进一步提升矿物制氢材料在烟酒醇化和氢农业等产业的应用，带来更多的商业机会。

矿物制氢材料在净水器的应用情况

净水器经过20多年的发展，传统净水功能的需求已趋于饱和。就像手机、家电一样，净水器也需要更新换代，不断推陈出新，持续满足新时代用户的需求。如今，饮用富氢水已成为一种新的消费时尚，越来越多的老百姓因氢受益。

富氢水机是制造富氢水的终端设备，可以饮用、做饭、洗菜等多种用途深得消费者喜爱。伴随氢健康产业的发展，氢水机的走红也为净水器功能升级，走出困境提供了较好的路径。净水器采用的净水工艺主要有超滤、纳滤和反渗透等净化水技术，这些技术的目的是将水净化成干净水或纯净水。而矿物富氢水机是在传统净水器工艺不变的基础上，通过在净化滤芯后置加装矿物制氢滤芯来实现制造富氢水。

不管是家用和商用净水机上应用矿物制氢滤芯，已经成为未来净水机升级迭代的新路径。净水机可以用制氢颗粒或陶瓷膜制氢滤芯。制氢颗粒在应用过程中存在表面掉粉、制氢效率低等问题影响了其应用。陶瓷膜制氢滤芯采用压滤式制氢技术，具有制氢水干净、制氢滤芯效率高等特点正在成为制氢水机的首选矿物制氢材料。

木齐科技倡导的电解氢和矿物氢结合的制氢水工艺，应该未来氢水机的发展趋势。

图4 矿物制氢材料在净水设备和杯壶应用

富氢杯已经成为一个大品类，矿物制氢材料在杯壶的应用发展怎么样？

富氢杯壶以其使用方便、市场认知度高等特点，已形成一个氢产品的细分大品类，在氢健康产业独树一帜。近年来，富氢杯壶逐步被市场认知，很多创业者进入氢健康产业首选就是开发和销售富氢杯壶。经过多年发展，富氢杯壶也形成了电解富氢杯壶和矿物富氢杯壶两个大品类。正如电解制氢和矿物制氢的区别一样，两种技术在杯壶的应用也导致其不同。

矿物富氢杯壶已进入市场多年，并在国际市场占有一席之地。特别是在中国市场，矿物富氢杯壶制品主要多用于喝开水/泡茶，这恰恰是矿物富氢杯壶的特点之一。富氢杯壶一般应用矿物制氢颗粒或制氢瓷片两种材料。

未来的富氢杯壶将朝两个方向发展，一是电解富氢杯和矿物富氢杯平分秋色，各自都占据一定的市场份额，稳步协调发展，共同教育市场，以获得更多的商业机会；二是新技术突破，产品获得创新开发出低价、便捷制造富氢水的新型杯壶成为爆款产品，迅速占领市场，走进千家万户，让更多人认知氢健康，为氢健康产业的发展起到火车头的作用。

氢农业是个大产业，矿物制氢材料在氢农业上的应用如何？

氢气生物学效应的研究主要除了在医学方面外，可以调节农作物、食用微生物和家畜的生长发育，增强它们对各种胁迫的耐受性。更重要的是，氢气（H2）还可以改变土壤中微生物的群落结构，进而调节农作物生长。使用氢气（H2）还可以提高农产品的营养价值和采后品质。研究人员还表明，氢气（H2）的生物学功能是通过调控植物与微生物等体内活性氧（ROS）、一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）信号级联来介导的。上海交通大学和华南植物园研究所等单位发现H2可以调节包括马齿苋、当归、粗叶榕（根部）等中药材的主要活性成分含量、种子发芽率或耐盐性。这也为含氢水（HRW）在中草药领域应用提供了理论基础。

上海交通大学丁文江院士团队研究发现，在中草药领域，对比试验田数据采用氢气种植金线莲后，产量提升约30%，并能有效缩短生长周期。南京农业大学等专家也提出氢气在中药材种植、加工、保鲜防虫、药物给药系统设计和药物转运及减毒增效等方面将发挥积极作用。上海中医药大学于观贞教授研究结果，氢气与中药结合后经老鼠给药实验发现药效可提升3-6倍。木齐科技在全国率先提出氢中药概念，并先后与广西金秀、贵州从江进行了矿物制氢/瑶医药结合。

图5 硅氢制氢颗粒在食用菌的应用论文

木齐科技研制的硅氢陶瓷材料已在山东省淄博市某食用菌企业开展平菇、香菇、猴头菇等培植实验6个月。将硅氢陶瓷颗粒与培植基按一定比例混合培植菌丝和菌菇，实验结果显示产量可提高6-8%，菌菇出厂时间缩短2-3天，具有非常好的经济效益。

氢农业是一个大产业，在乡村振兴的大背景下，氢农业的市场潜力无限。电解制氢和矿物制氢都将在氢农业获得巨大的应用，同时两种制氢技术结合也是氢农业应用的大势所趋，可以更好的提供作物所需的氢气和矿物质元素。

我国在氢农业的应用发展走在了世界前面，但获益企业还比较少。氢农业的发展需要借力，需要巧劲，需要突破点，这些都是氢农业获得发展的必须条件。

矿物制氢材料在烟酒产业的应用

烟草回潮调湿是通过对烟叶进行加湿处理，可以改善其口感和香气，同时也有利于烟草的储存和使用。烟叶加湿工艺在烟草加工、储存和销售过程中发挥着重要作用。自2020年始，木齐科技先后与中国烟草总公司旗下石家庄卷烟厂、广东中烟工业有限责任公司旗下广州卷烟厂、红塔烟草（集团）有限责任公司开展合作，利用矿物制氢材料制成的氢气溶于水中，使其具有低氧化还原电位和小分子团簇，这种特性可增加烟叶品质和醇化效果，并在烟草加工、储存和销售过程中发挥着重要作用。

矿物制氢材料也在多家白酒厂家进行了应用，可以醇化酒的口感，缩短白酒的窖藏周期，提高白酒的PH值等特性。在白酒的应用主要是制氢颗粒和陶瓷膜制氢滤芯，将白酒通过设备流经矿物制氢颗粒或制氢滤芯，瞬间改变白酒的口感，提升酒的品质。

矿物制氢材料是与氢健康产业同步发展起来的新型制氢技术，虽然应用产业还比较少，但未来市场潜力巨大。氢健康和氢农业都需要一个突破点，不管是哪种制氢技术都要持续创新，为产业服务，为产品赋能，为用户创造价值。

我们也相信随着氢健康和氢农业的发展，矿物制氢材料的应用也会逐步放大。我们也更希望矿物制氢材料能够成为氢健康产业的一个突破点，带动氢健康产业快速发展成为家喻户晓的大产业。

附：木齐科技是一家专注固态氢原料与产品供应链的高新技术企业。矿物制氢材料是木齐科技研制的新型固态制氢材料，已获得国家5项授权发明专利。并成功应用于富氢杯壶、氢水设备、氢农业和氢美容等产业。