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赵天寿：《创新电燃料大发展，助力碳中和》
2026-04-19 19:42:55
作者：赵天寿（中国科学院院士，南方科技大学讲席教授）
为应对气候变化挑战，习近平主席在2020年9月的联合国大会一般性辩论中庄重承诺：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和。实现碳中和，是我国可持续发展的重大战略目标。从技术角度来看，“双碳”目标的实现，其本质上意味着革命性的能源转型，尤其是要在能源结构上做出重大调整。现阶段，我国化石能源占比在84%左右，太阳能和风能占比仅4%左右，而要实现碳中和，太阳能和风能在能源结构中的占比需要达到60%以上。尽管过去十几年来的光伏和风机发展非常迅速，光电和风电成本快速下降，但装机容量和上网电量的差别巨大，这是因为光能和风能存在间歇性、分散性和不稳定性等特点，而克服可再生能源的缺陷的最有效办法就是发展储能技术。
储能可以平抑能量的波动，实现能量平滑、稳定输出，最终能够提高能量的实际利用水平。储能将是未来以新能源为主体的新型能源体系中最关键的一个环节。需要强调的是，储能并不是类似电动汽车或者手机电池的储能，实现碳中和目标对储能技术的要求更加苛刻。一是要规模化，实现兆瓦级的大型储能。二是要长时间，这对于可再生能源主导下的能源供需调节而言非常重要。三是无地域限制，用以克服光能、风能等可再生能源分散性的弱点。四是安全稳定、低成本、长寿命，这都是碳中和目标下对可持续储能技术的具体要求。
从实践上来说，建立新型电力系统不仅需要分秒级、小时级的中短时储能，更需要天、月甚至年的长时储能。目前，基本上能够满足对分秒级调频的储能技术的要求，也基本上能满足对移动的储能技术的要求，但在中长时的储能技术上，还面临一些缺口技术及安全性问题。在以可再生能源为主导的新能源体系中，供需调配需要长时的储能装备来实现，目前这个供需缺口还很大。
探寻变革性的储能技术非常重要，特别是探寻类似于石油等化石能源的储能载体。石油的形成是一个非常缓慢的过程，但是它实际上是储存太阳能的结果，从科学上来说是太阳能的能量载体。石油之所以需求广泛，是国家能源安全的重要保证，一在于它是液态的，二在于它的能量密度很高。但是石油的短板也很明显，首先石油是不可再生的，形成非常缓慢，从时间尺度上来说是不可再生的，其次石油燃烧会产生二氧化碳排放和其他污染物排放，对环境的破坏在一定程度上也是不可逆的。顺着这个思路，储能技术的突破方向即是寻找“清洁、可持续、更高效的液体能量载体”。
电燃料，是一种可循环充放电的新型液体能量载体，在电燃料的支持下，可以形成全新的储能系统，从电燃料本身，到充电、放电的装置，放电装置就可以是电燃料电池。未来，电燃料电池可以将风电和光电等不稳定的电，通过充电装置充到电燃料中，再将充好的电燃料稳定地储存起来，并突破地域限制，灵活地运输到各个地区。电燃料电池发的电可以并网，也可以离网供电。如果未来电燃料本身的能量密度足够高，那么电燃料可以作为电燃料汽车的引擎。
作者介绍：
赵天寿：中国科学院院士，南方科技大学讲席教授，南方科技大学碳中和能源研究院院长，美国机械工程师学会会士、英国皇家化学学会会士。兼任：国际期刊International Journal of Heat and Mass Transfer主编、Energy & Environmental Science顾问编委。曾担任香港科技大学能源研究院院长、讲座讲授。赵天寿院士长期致力于工程热物理及新能源领域的基础与应用研究。针对国家对可再生能源利用的重大需求，围绕燃料电池、液流电池、金属空气等流体电池储能装置中能量传递与转换关键科学问题，建立了电池储能系统中热质传递和电化学能量转换的耦合理论，提出了热、质、电子及离子协同传输方法，突破了高功率流体电池设计的关键技术。在各种著名期刊上发表了 410 篇论文，论文引用超过 23,000 次引用，并赢得了 81 的 H 指数（Web of Science）；出版《储能化学基础与应用》《微型燃料电池：原理与应用》等著作多部；受邀在美国机械工程师学会、国际可持续能源技术等重要国际学术会议上作主题/特邀报告70次。曾获Croucher资深研究成就奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、国家自然科学二等奖、香港科大工程学杰出研究成就奖。入选2014、2015、2016、2017、2018、2019全球高被引科学家和最有影响力科学思想名录。
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