石油真的可能变成“白菜价”吗？一项来自中国的新技术，会不会悄悄改写能源格局？

要回答这些问题，得先从氢说起，也得从一道困扰全世界半个多世纪的难题说起。氢能被看作不排放二氧化碳的终极清洁能源，人们对它的前景已经描绘过很多次。

真正卡住产业的，是最源头的一关：氢从哪儿来，能不能便宜、大量、稳定地拿到手。地球上最不缺的就是海水，如果能直接从海水里制氢，这个问题就好办多了。

海水直接电解制氢的设想由来已久。早在20世纪70年代初就有科学家提出，此后各国持续探索了50多年，效果一直不理想。

传统做法大致有两条路。一条是先把海水淡化，再用淡化水电解制氢，相当于把几项现有技术串起来。另一条是直接把电极、电解槽泡进海水里电解。第二条路看起来最省事，却将近50年都没能走到工业化、商业化。

据文献报道，实验室里最好的成绩也只能连续运行一两百个小时。根本原因是海水成分太复杂，含有多种元素、离子和化合物。

电解时会同时发生多种竞争性反应，电解系统因此出现各种失效。先淡化再电解，技术上走得通，难在经济账。淡化设备投入大、占地多。

早年膜技术还没突破，只能用热法淡化，成本高，还得另找热源。后来有了膜法，电费和膜本身的成本依然偏高。

淡化后剩下的浓缩废水怎么处理，也是一个绕不开的大问题。也就是说，这条路线前端要制纯水，后端要处理废液，每一环都需要额外的设备和投入。

多年来国内外都没有人真正把它当作主攻方向，这从侧面说明它在成本、占地和维护量上的经济挑战不小。两条传统路线，一条技术上走不通，一条经济上算不过来。

问题到底出在哪里？谢和平院士团队查阅了近50年的相关文献，发现99%以上的研究用的都是同一种方案，也就是催化剂改性。

大家都在想办法让催化剂和电极更耐得住海水的复杂成分，很少有人跳出这个框架，换个角度重新审视问题。这次的突破，正是换了思路，把物理力学过程和电化学反应结合了起来。

要理解它，得先了解碱性电解水制氢。这是电解水制氢里市场占有率最高、成熟度最高的主流技术，占了99%以上的市场份额，经济性最好，单位功率也最高，是目前最普通、最大众的制氢路线。

碱性电解用的电解液是浓度约30%的氢氧化钾溶液，海水的盐浓度则只有约3%。两相比较会发现一个关键点：氢氧化钾溶液中水的摩尔浓度明显低于海水中水的摩尔浓度。

按照传质的基本原理，在浓度差的驱动下，海水里的水会自发流向碱性电解液一侧。这时只要在两者之间放一层膜，只让水分子通过，把其他离子挡在外面，就能持续给电解液补水。

一边，电解过程不断消耗水分子；另一边，膜的选择性渗透把海水里的水补进来。两边达到动态平衡后，海水中的水就能源源不断地参与电解。

这一原理的优势很明显。第一，它适用于最普通、最经济的碱性电解技术，不必另起炉灶。第二，它完全靠浓度差自驱动，加上膜之后，补水过程不需要任何外部电力。还要说明的是，它和传统的反渗透膜海水淡化不是一回事，后者要耗电施压，前者靠的是天然的浓度差。

这套思路已经经受住了真实海水的检验。相关装备在深圳湾海水中连续运行超过3200小时，没有出现污染和催化剂腐蚀，在真实海水中实现了原位、稳定、规模化的制氢。

传统直接电解路线在实验室里最好也只有一两百小时，两相对比，进步非常大。原理说出来似乎不难理解，为什么以前没人这么做？

主要是研究者长期拘泥于传统路线，精力都放在调整催化剂、改进电极和电解液上，在同一条路上越挖越深。思路一旦固定，旁边另一条更简单的路也可能被忽略，这或许是这道难题悬了半个世纪的深层原因。

谢和平院士团队找到这条新路，有一定的偶然性。团队做了大量跨界研究，这个原理其实来自另一个实验项目的失败。

分析失败原因时，他们发现了这种补水机制。当时团队也在做海水直接电解制氢，沿传统思路正好走不下去，另一个领域的失败给了启示，可谓“他山之石，可以攻玉”。

偶然之中也有必然。团队集结了化学工艺、材料工程、机械制造等多个交叉学科的科研人才，目前共有18人，正是这种跨学科背景让不同领域的经验有机会碰撞。

团队在2021年6月取得突破性进展，研究成果于2022年11月发表在国际顶级期刊《Nature》上。这项技术的适用范围并不只限于海水。

远离海岸的地方没有海水，是不是就用不上？其实任何城市都有废水，光是居民生活废水就足够电解制氢。

西北地区还有大量苦咸水和盐湖水，同样可以作为水源，内陆地区并不会因为缺少海水而被排除在外。此外，其他省份火电厂的脱硫废水、化工厂废水以及各类生产生活废水，经过简单预处理后也都能用。

原本让人头疼的废水，变成了制氢原料。从这个意义上说，这项技术几乎放之四海而皆可用，不再受淡水资源多少的限制。

常见的质疑是：西北的风电、光伏电力外送本来就不经济，把电变成氢再运出来，是否同样不经济？氢能产业落地是否还很遥远？

如果放在几年前，回答会是不看好，有投资也会建议暂时别投。但当时也强调过，氢能产业必须建立在可再生能源极大丰富、电价极其便宜的基础上。

从目前趋势看，这个前提已经具备，氢能发展已经到了拐点。以海上风电为例，现在各地招标价约为每千瓦5000元。

在福建，每年可利用约4000小时，寿命按25年算，每千瓦一共能发10万度电。折算下来，加上合理的运维成本，一度电只要6分钱。

电价降到这个水平，制氢的账就完全不同了。如果制氢企业自建海上风电来制氢，一立方米氢的成本只有三毛多钱，折合一公斤约4元。

便宜的绿电加上能直接利用海水甚至废水的制氢技术，氢能从昂贵的能源走向大众，已经不只是纸面上的设想。制氢成本如果继续下降，可能带来需求的大爆发。

很多化工合成本来就需要氢，只是因为氢太贵才改用别的工艺。过去谈氢的需求，基本只围绕燃料电池车，从公交车、轿车谈到重卡。

其实氢足够便宜之后，至少还有三大领域会产生更大的需求。

第一是化工和冶金。煤焦油、煤的多联产和石化行业都需要氢，过去这部分需求被各种替代方案掩盖了。氢冶炼是用氢代替碳来炼钢，钢的品质和纯度更高，甚至可能推动钢铁冶炼业实现跨越式升级。廉价氢在工业领域的潜力，远比燃料电池车大得多。

第二是长时储能。短期储能主要靠锂电池，长期储能公认靠抽水蓄能和储氢。可再生能源装机越来越大，储能需求也随之上升，氢越便宜，储氢的竞争力就越强。

第三是碳中和。未来仍有部分二氧化碳需要通过CCUS，也就是碳捕集、利用与封存技术加以利用。要大规模利用二氧化碳并产生经济价值，就离不开二氧化碳加氢生成甲醇等化合物。

化工界有“甲醇生万物”的说法，甲醇可以进一步制成乙烯、聚酯等多种产品。这也是“石油变白菜价”这个问题的意义所在：许多化工产品未来有可能多出一条以氢为基础的生产路径。

储运方面也有不少新进展。固态储氢比气瓶更安全、储量更大，还能降低成本；管道输送开始推广氢与天然气混输；还可以把氢和氮合成氨来运输，到目的地再分解成氢和氮。

这些进展正在缓解外界对氢能经济性和安全性的担忧，让“制得出”之后也能“运得走”。有需求就有人投入，有投入就会想办法降成本。

只要市场起来，氢能产业有望很快驶入快车道。回头看这条路：半个世纪里大家都在做催化剂改性，后来用浓度差自驱动补水破了题，再到每公斤约4元的制氢成本前景，中国团队走出的是一条新路。

石油会不会真的变成“白菜价”，现在还不宜下定论。可以确定的是，氢一旦足够便宜，化工、冶金、储能和碳中和的格局都可能被重塑，能源的主动权也会更多掌握在自己手里。

这项世界领先的技术带来的不只是一项科研成果，也增强了国家能源安全的底气。