金紅光、郭烈錦、宣益民、姜培學(xué)、關(guān)永剛：“雙碳”目標(biāo)下能源轉(zhuǎn)化與利用科學(xué)問(wèn)題
發(fā)布時(shí)間：2025/8/1
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構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代化能源體系、推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是國(guó)家重大需求，基于國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)第358期“雙清論壇”，本文總結(jié)了我國(guó)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨 的挑戰(zhàn)和難點(diǎn)，梳理了近年來(lái)在能源低碳高效轉(zhuǎn)化、綠色氫電與長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、終端用能提效減排等領(lǐng)域取得的主要進(jìn)展和成就，凝練了能源轉(zhuǎn)化與利用領(lǐng)域未來(lái)5~10年所面臨的重大關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，探討了前沿研究方向和科學(xué)基金資助戰(zhàn)略。論文表示，在太陽(yáng)能多能耦合驅(qū)動(dòng)碳?xì)溲h(huán)系統(tǒng)構(gòu)建與增效機(jī)制方面。太陽(yáng)能的規(guī)�；咝Ю脤�(duì)于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義，其關(guān)鍵在于克服其分散性、間歇性與低能量密度等固有挑戰(zhàn)，這依賴于對(duì)全光譜太陽(yáng)能的深度有序轉(zhuǎn)化與光、熱、電、化學(xué)能的多維協(xié)同，核心突破在于揭示高密度聚光光子流與物質(zhì)相互作用的獨(dú)特機(jī)制，其展現(xiàn)的突破傳統(tǒng)熱力學(xué)極限的物理化學(xué)效應(yīng)為高效轉(zhuǎn)化提供了新可能。深入探索光子—電子—聲子的 耦合傳遞規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)物相變化、化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)的機(jī)理，并借助人工微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裁剪材料能帶與表面特性，是實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)光熱驅(qū)動(dòng)向更高效率的光子直接驅(qū)動(dòng)變革的理論基礎(chǔ)。通過(guò)聚光分頻、能流聚集、能勢(shì)提升及多子耦合等核心技術(shù)的系統(tǒng)集成，構(gòu)建光熱電化一體化的能量有序轉(zhuǎn)化框架，顯著提升太陽(yáng)能向高品位化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化效率，為多能協(xié)同奠定科學(xué)基石。太陽(yáng)能多能協(xié)同驅(qū)動(dòng)的碳?xì)溲h(huán)系統(tǒng)，其根本價(jià) 在于構(gòu)建了一條可持續(xù)的“負(fù)碳”能源與物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑。 通過(guò)全光譜梯級(jí)利用與過(guò)程集成優(yōu)化，系統(tǒng)性地降低了分步轉(zhuǎn)化中的能量耗散；持續(xù)挖掘高品位光子直接驅(qū) 動(dòng)、多場(chǎng)協(xié)同調(diào)控及人工微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)的效率提升潛力，不斷逼近能量轉(zhuǎn)換的物理化學(xué)極限。
在低成本大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)方面。高溫?zé)醿?chǔ)能技術(shù)因其可耦合發(fā)電側(cè)或與用能側(cè)的工業(yè)系統(tǒng)耦合，有望在新型電力系統(tǒng)中承擔(dān)能源調(diào)控中心作用而被廣泛研究，其中熔融鹽高溫?zé)醿?chǔ)能技術(shù)已經(jīng)在光熱電站中實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，為電網(wǎng)規(guī)模熱儲(chǔ)能提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
