金红光、郭烈锦、宣益民、姜培学、关永刚：“双碳”目标下能源转化与利用科学问题
发布时间 ：2025/8/1
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构建“清洁低碳、安全高效”的现代化能源体系 、推动实现“双碳”目标是国家重大需求 ，基于国家自然科学基金委员会第358期“双清论坛”，本文总结了我国能源绿色低碳转型研究及产业发展所面临 的挑战和难点，梳理了近年来在能源低碳高效转化、绿色氢电与长时储能、终端用能提效减排等领域取得的主要进展和成就，凝练了能源转化与利用领域未来5~10年所面临的重大关键科学问题，探讨了前沿研究方向和科学基金资助战略 。论文表示，在太阳能多能耦合驱动碳氢循环系统构建与增效机制方面。太阳能的规模化高效利用对于实现碳中和目标具有重要意义，其关键在于克服其分散性、间歇性与低能量密度等固有挑战 ，这依赖于对全光谱太阳能的深度有序转化与光、热 、电、化学能的多维协同，核心突破在于揭示高密度聚光光子流与物质相互作用的独特机制 ，其展现的突破传统热力学极限的物理化学效应为高效转化提供了新可能。深入探索光子—电子—声子的 耦合传递规律及其驱动物相变化、化学反应与热效应的机理，并借助人工微结构设计裁剪材料能带与表面特性，是实现由传统光热驱动向更高效率的光子直接驱动变革的理论基础 。通过聚光分频 、能流聚集、能势提升及多子耦合等核心技术的系统集成 ，构建光热电化一体化的能量有序转化框架 ，显著提升太阳能向高品位化学能与电能的转化效率，为多能协同奠定科学基石。太阳能多能协同驱动的碳氢循环系统 ，其根本价 在于构建了一条可持续的“负碳”能源与物质转化路径。 通过全光谱梯级利用与过程集成优化 ，系统性地降低了分步转化中的能量耗散；持续挖掘高品位光子直接驱 动、多场协同调控及人工微结构设计带来的效率提升潜力，不断逼近能量转换的物理化学极限。
在低成本大规模储能技术方面 。高温热储能技术因其可耦合发电侧或与用能侧的工业系统耦合 ，有望在新型电力系统中承担能源调控中心作用而被广泛研究，其中熔融盐高温热储能技术已经在光热电站中实现了商业化 ，为电网规模热储能提供了宝贵的经验 。
