一篇敢讲真话的文章，不知又要唤醒多少装睡的科研人！
当我们在谈论一个前沿技术的时候，我们到底在谈论什么呢？量子通讯、室温超导、海水淡化、魔角石墨烯、机器学习……
当我们打开手机，看到的大多不外乎3种声音：不咸不淡的陈述、毫无下限的吹捧、不知所云的批判。
炒作，不仅盛行娱乐圈和资本圈，在科研领域也变得越来越习以为常。因为，炒作往往能够推动一项技术的发展，促进那些有望解决人类面临的重大问题的新技术研究。然而，有时候这些技术并不能达到预期目标，它们可能被应用于错误的领域而导致一个好技术夭折。
有鉴于此，康涅狄格大学Jeffrey R.McCutcheon教授以海水淡化技术为例，结合自身研究经历，揭示了目前科研圈的炒作周期和资金循环流程，对海水淡化领域提出了可靠的研究建议。
这些炒作的技术通常遵循Gartner 炒作周期（图1），对一项技术的兴趣在“技术触发”之后迅速增长，并在“膨胀预期”达到峰值，当技术未能实现其承诺时，然后崩溃成“幻灭的低谷”。之后，该技术慢慢恢复，它的最佳用途最终是通过所谓的“启蒙斜坡”找到的，随之而来的是一定程度商业化的成功（生产力平台）。这个周期可以很容易地与学术研究的历程重叠。在备受瞩目的研究机构或在高档学术期刊上发表的早期学术成果，往往能够引发全世界大量的学术研究活动：采购资金、建立计划、培训学生、聘请博士后研究人员、教师做主题演讲、会议提供研讨会、初创公司通过政府和私人资金从大学中分离出来。然后，当技术无法满足期望时，兴趣通常很快就会崩溃，从而导致优先级和资源的破坏性转变。
图1. Gartner 炒作周期
海水淡化研究领域也不能幸免
“全球水资源短缺，海水淡化是如何降低成本并解决能源密集度的挑战”，全球媒体铺天盖地的此类新闻报道让政府相信，必须加大相关研究的资金支持。研究人员看到了实现资金投资组合多样化的机会，便更多地将他们的研究领域转向了海水淡化。随之而来的是“霰弹枪方法”，每个技术都能用于降低海水淡化的能源成本，各个领域的研究学者们都提出了蒸发、电化学、离子交换和基于膜材料的方法，即便很多时候并没有明确的热力学或经济论证。这样，随着一些表明技术前景的初步数据发布以及论文的发表，新闻界对这些数据和文章进行报道，然后进一步加剧了资金的流动和炒作的增长。
膜技术领域特别容易受到炒作循环的影响
在过去的二十年里，碳纳米管、水通道蛋白和石墨烯等材料已经冲进了海水淡化领域，相关研究人员提出了反渗透（RO）膜，认为它可以提高水通量和盐的选择性，从而减少能耗，降低海水淡化的成本。
那些从事膜技术的科学家是否成功地制造了这些新型膜？是的。
他们是否在声誉极高的期刊上发表过？是的。
他们是否就世界各地成功举行了会谈？是的。
他们是否在明显降低海水淡化的能源成本方面产生了预期的影响？NO。
那是为什么？
简而言之，RO的传统形式已经非常有效。与热技术相比，它的比能耗（SEC）降低了10倍以上，最先进的RO系统可以在接近2 Kw-h/m3的SEC下运行。但是由于热力学最小分离能为1.1 Kw-h/m3（对于海水50％的回收率），今天的常规反渗透系统已经在分离所需的“实际能量最小值”的惊人距离内，对于海水和其他盐度较低的水淡化，进一步减少能源使用的空间非常小。
即便事实如此，媒体新闻的标题依然是“诺奖得主最新膜技术可以使海水淡化成为可能“，“海水淡化，即将撬开2000亿市场”之类。没有人能够阻止数百万美元资金用于开发更多具有低水流阻力（也称为高渗透性）的膜，即便实际上是渗透压控制着海水淡化中的SEC，但是初创公司依然信心满满地承诺这些具有更高渗透性的RO膜能够改变行业。
所有这些工作和资金的最终结果是，今天使用的RO膜与30年前首次引入的RO膜没有太大差别。炒作引导我们走错了路，现在，其中的许多技术正处于或进入幻灭的低谷，资金正在枯竭。
RO之外的其他技术怎么样？有没有另一种方法可以减少能源使用或降低海水淡化的成本？
我已经在这个领域工作了15年，我记得我掉进了这样的陷阱，它声称像FO这样的新技术可以解决水处理问题。当时我还比较年轻，渴望在一个有意义和有持久影响力的领域工作。令我兴奋的是，这种新兴技术可以彻底改变几十年来没有出现过重大颠覆性创新的领域。作为那个天真的研究生，我和其他一些人一样，确信FO是RO的潜在替代品，它涉及传统水域，如海水、微咸水和废水的再利用，它会比RO使用更少的能源和更低的成本。然而，我错了！
错归错，但是这并不影响论文的发表，在接下来的十年里，出现了1000多篇有关FO的研究论文（包括我的）。著名期刊每年都会发表评论文章，梦想着开发更新更好的膜来解决问题。每个人都参加了这项活动，亚洲和欧洲的团队正在探索辅助渗透过程（如减压渗透、渗透辅助FO，渗透蒸馏和渗透脱水），一些公司开始承诺FO可以解决我们最紧迫的水处理问题，两个国际FO组织成立并举办了专门讨论FO技术的国际会议。
FO还在大型科学会议上影响了技术规划，AIChE分部赞助了FO的会议。2013年在休斯顿举行的北美膜协会（NAMS）会议上，4个分会完全致力于渗透过程，这是“膨胀预期”的高峰期。然后，它崩溃了。到2016年，NAMS和AIChE不再有任何专门针对FO的技术会议，FO的国际组织自2016年以来没有召开过会议。一些备受瞩目的FO初创企业和小型企业已经关闭了大门或者远离了FO。一些公司幸免于难，但是商业上的成功未能实现，一些论文甚至开始发表观点，质疑FO对低能耗有效性的一些主张。（笑cry）
在这个领域里，FO迅速退回到最初的地位，在那里它可以更容易地击败热门技术。从本质上讲，FO现在只是试图占据传统RO无法占据的运营空间。在这方面，FO已经取得了一些成功，并且可能会在它找到它的“家“时，爬上“启蒙斜坡”。然而，那个”家”不会采用传统的海水淡化技术。回想起来，这将是开展FO研究领域的最好地方。这个故事是对其他自称“救世主”技术、有望解决世界水问题的一个教训。
我们应该如何在未来避免这些代价高昂的失败？
答案是，不要忽视确保影响力的重要因素：明确的商业化途径。在评估一项技术时，必须有切实可行的商业化道路，并且要诚实地面对自己。例如，石墨烯膜是否具有海水淡化的独特性能？当然。它们是否能够在无缺陷平台上生产，其规模一定能够产生足够的膜面积以实现脱盐？其结果令人怀疑。
这并不意味着我们应该抛弃石墨烯膜作为一种技术。但它确实意味着我们应该找到一个更适合其属性的应用领域，而不是将它们不恰当地应用于海水淡化等领域。不要仅仅因为该领域“热”而迫使一些技术进入海水淡化领域，这可能会阻碍开发更适合该技术的应用。更糟糕的是，它会扼杀那些在其他领域里可能产生更大影响的研究。
哪项研究将来会产生最大的影响？
对于海水淡化，继续减少能耗的工作依然具有价值，但随着逐步改进，回报正在减少。在这里，我提出几个建议。
一、使用技术经济评估
海水淡化的SEC已经受到热力学的限制，因此，我们应该将注意力转移到成本上。成本包括当今海水淡化的所有问题和挑战：系统设计、预处理、模块设计和配置、泵、配件、监控、能量回收等，技术经济评估（TEAs）可以作为我们的指南。声称能够改善海水淡化的任何新技术、工艺或材料，在进行昂贵的实验工作之前，都应经过严格的TEA。
二、停止关注膜渗透性
我们不应该继续花大量精力来增加RO膜渗透性，而应该多关注其他关键特性。譬如提高膜对挑战性化合物（如不带电荷的有机物和无机物）的选择性，能够扩大RO在水处理中的应用；寻找芳香族聚酰胺作为RO材料的替代品，可以在提高膜弹性方面发挥很大的作用；由陶瓷和自组装聚合物制成的膜已经在可扩展平台上展示了一些作用，但可加工性仍然是一个挑战；创新的膜制造方法还可以控制膜特性（厚度、粗糙度和选择性），这是传统制造方法目前无法获得的。
三、找到与热过程竞争的机会
盐水和其他浓缩物的高渗透压通常只能通过热处理来处理。如果我们通过过程强化方法，用膜过程取代这些热过程，我们可以将能耗降低90％。零液体排放系统通常使用热盐水浓缩器在结晶之前去除水。我们可以用膜代替吗？在这里，FO取得了一些成功，但是，取代能源密集型蒸发过程仍存在许多机会。
作者的想法
我不想批判在这篇文章中涉及到的任何人的工作，我可以自信地说，我在这里提到和引用的工作是非常好的科学工作，它只是被误用于海水淡化。
不要让炒作把你带偏了！如果您认为您的技术可以应用于像海水淡化这样的成熟领域，那么在进行昂贵的“技术”研究之前，要在热力学和经济上证明这一价值。此外，您还需要回答，新技术将如何影响每天超过30亿加仑淡化水的生产问题，这意味着材料的大规模制造和技术的大规模应用等系列问题。这种批评和讨论对于确保学术研究的良性发展至关重要，本着自由交流思想的精神，我欢迎对这一评论的公正和开放的批评。
参考文献：
Jeffrey R. McCutcheon, Avoiding the Hypein Developing Commercially Viable Desalination Technologies. Joule, 2019.
DOI:10.1016/j.joule.2019.03.005
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30099-6#%20
编者体悟：
非常佩服作者能够站出来，从资本的角度来讲述科研圈的运行法则；也非常佩服Joule，是真的勇士。不过正所谓，百花齐放百家争鸣，如果没有不同意见，科研圈就是一潭死水了。
作者提出的技术经济评估（TEAs），在众多应用研究领域都具有重要的借鉴价值，比如，在可充电电池领域，近期很多高品质研究论文已经开始将电池材料的制备价格考虑在内，如乔世璋最新Angew中对电解Zn-MnO2电池进行了成本计算，具有非常好的参考意义。关于规范化，Joule期刊报道了李泓研究员对实验室电池制备工艺和测试参数的解读和建议，以进一步缩短实验室和产业的差距，便于与商业化挂钩。
编者自己品读这篇文章时，时而忍俊不禁，时而拍案叫绝，时而满怀钦佩。作者以自身在此领域15年的研究历程，站位之高，观察之微，言之有情，论之有物。不亢不卑，又诚意满满，学者风范，尽显大家风度。相信这篇文章，能够引起更多科研人士的深思。