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海水是地球上最丰富的水资源。地球表面71%被海洋覆盖，海水总体积约13.7亿立方千米。海水中含有80多种化学元素，其中水占96.97%，氯化钠占2.7%，还有镁、钙、钾等多种有价值的化学元素。这些丰富的海水资源为人类提供了巨大的开发利用潜力。
海水淡化是解决全球淡水短缺问题的重要技术手段。目前主要有三种技术：反渗透法利用高压使海水通过半透膜，分离出盐分，能耗相对较低，应用最广泛；蒸馏法通过加热海水产生水蒸气再冷凝，产水质量高但能耗较高；电渗析法利用电场驱动离子迁移，适合处理低盐度海水。从能耗和成本来看，反渗透法最经济，蒸馏法成本最高，但产水质量最好。
海水中含有丰富的化学资源，可以提取多种有价值的物质。食盐提取主要采用盐田晒盐法，通过蒸发结晶获得，全球年产量达数亿吨。镁的提取采用石灰沉淀法，先用氢氧化钙与镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，再通过电解制取金属镁。溴的提取使用氯气氧化法，氯气氧化溴离子生成溴单质。钾盐提取则采用分级结晶法和离子交换法。目前全球海水化学品年产量中，食盐约3亿吨，镁约100万吨，溴约50万吨，这些资源的开发为化工产业提供了重要原料。
海洋蕴含着巨大的可再生能源潜力，包括多种形式的清洁能源。潮汐能利用潮汐高度差发电，具有稳定可预测的特点，目前全球装机容量约500兆瓦。波浪能利用海浪的上下运动发电，资源丰富且分布广泛，但技术相对复杂。海流能利用海流的动能发电，能量密度高，特别适合深海开发。海洋温差能利用表层暖水与深层冷水的温差发电，适合热带海域，要求温差不少于20摄氏度。根据估算，全球海洋能源的理论潜力巨大：潮汐能约3000太瓦时每年，波浪能8000到8万太瓦时每年，海流能800太瓦时每年，温差能1万太瓦时每年。
目前全球海水资源开发利用已达到相当规模，但仍面临诸多挑战。在海水淡化方面，全球日产能已达1亿立方米，主要集中在沙特阿拉伯、以色列、澳大利亚等国家，反渗透技术占主导地位约70%。化学资源提取方面，全球海盐年产量达3亿吨，镁产量100万吨，中国和美国是主要生产国。海洋能发电发展相对缓慢，全球装机容量仅550兆瓦，以潮汐能为主。面临的主要挑战包括：技术成本高，海水淡化成本在0.5到2美元每立方米；能源消耗大，反渗透法需要3到4千瓦时每立方米；环境影响问题，如浓盐水排放和生态影响；以及技术瓶颈，包括膜污染和设备腐蚀等问题。