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烧结机的轰鸣声中，红色钢水与蓝色s-CO₂管道交织成一幅工业美学画卷。春节假期，在贵州六盘水水钢厂区内，全球首套15兆瓦级烧结余热超临界二氧化碳（s-CO₂）发电示范项目进入满功率冲刺阶段。
超临界二氧化碳（s-CO₂）是一种在临界温度（31℃）和临界压力（7.38 MPa）以上存在的特殊流体状态，兼具气体的高扩散性和液体的强溶解能力，被称为“第四态物质”。这种看似普通的物质，因其独特的物理性质，正成为能源、工业领域颠覆性技术的核心。
现场工作照片
对于套烧结机余热二氧化碳发电示范项目的主要技术特点和工作原理？中核集团首席科学家，中国核动力院二所副所长、总工程师黄彦平介绍到：“我们将二氧化碳提纯，加压至73个大气压以上，使其由气态转变为超临界态。超临界二氧化碳密度相比气态时增加近百倍，就如同锻炼后力气大增，能更高效搬运能量，更有力推动发电机旋转，将热能转化为电能。相较于传统“烧开水”发电，“烧超临界二氧化碳”可提升发电系统效率，还能大幅缩小系统体积， 发电系统机动性好”
无独有偶，2024年中科院团队披露“超临界CO₂太阳能热发电关键基础问题研究”项目近日通过国家自然基金委组织的项目绩效评价。这标志着我国科学家成功研制了首座超临界CO₂太阳能光热发电机组。
“我们系统性突破了太阳能高温颗粒吸热、200千瓦级超临界二氧化碳发电机组等核心装备设计制造、光热功转换基础理论，系统集成设计方法，在全球范围内率先实现超临界二氧化碳太阳能热发电系统运行，将有效推动我国‘低成本－高效率－高灵活’光热技术的发展，为我国大比例新能源基地建设提供支撑。”项目负责人王志峰研究员说。
位于北京延庆的超临界CO₂太阳能热发电实验基地。中国科学院电工研究所供图
“十一五”以来，我国经过几代技术的创先示范，推动了我国光热发电的产业化发展，但是光热发电的成本下降仍不及预期。近年来，超临界二氧化碳太阳能热发电技术作为最具潜力的低成本、高效率和高灵活性技术，受到全球研究机构和产业界的广泛关注，但是高温粒子吸热器、超临界二氧化碳发电机组等核心装备，以及系统集成等方面在全球范围内均处于研究探索阶段，缺乏成熟的借鉴和参考。
王志峰介绍，5年来，在北京市科委和科技部支持下，中国科学院电工研究所牵头联合17家参与单位不断攻关，最终建立了基于超临界CO₂工质的“光－热－电”实证系统，并实现运行。王志峰说，由于全球没有先例，项目面临重大的基础理论、核心技术、装备制造、系统集成与工程建设及调试等多重挑战。项目组采取了以基础理论研究为支撑，以工程设计为核心的创新科研模式，将科学技术原始创新与工程示范有机联系为一体，“边研究，边设计，边制造，边安装，边调试”。
如今在新能源领域有点建树的国家，都在积极地推进二氧化碳发电技术的研发和应用。为啥都把它当个宝？其实，除了节能减排之外，它的好处还有很多。
二氧化碳发电技术，或者说“超临界二氧化碳发电系统”，作为一种新型的发电技术，并非是真的能实现直接将二氧化碳作为原料，变魔法似的转化为电能的技术，而是把二氧化碳作为媒介，用专业术语来说，就是“工质”。
通过工质，热源的热量就能转化为机械能，为人类的活动提供动力。而这热源，可以来自太阳能、地热能、化石燃料、工业废热，还能来自核反应堆。换而言之，二氧化碳发电技术，可以应用的领域非常广泛。
传统的发电方式中，作为媒介的工质大都是水或者水蒸气。例如火力发电，通常使用煤炭、石油或天然气等化石燃料，将其放入锅炉中燃烧，产生高温高压的烟气。之后，烟气通过锅炉壁将热量传递给水，使水变成高温高压的蒸汽。这蒸汽进入涡轮机，涡轮机叶片就能被推着转，发电机又被带着旋转，电力就来了。
火力发电的缺点非常明显，就是化石燃料的燃烧会产生大量二氧化碳、二氧化硫等化学物质。它们对环境的污染非常大，长期这么发电，人的健康就要受影响。
更何况，化石燃料资源还是有限的。随着城市化发展，人类的用电需求越来越高，化石燃料根本经不起这么无休止地消耗。
怎么办呢？人们把眼光投向了其他地球上“取之不尽，用之不竭”的资源。例如水、风、太阳能、地热能。于是，水力发电、风力发电、太阳能发电、地热能发电的电力生产方式应运而生了。
这几种发电方式几乎不产生污染物，对环境的影响也在可控范围之内，但都有一个共同的致命缺陷——受周围环境条件的影响大。
水力发电需要建水电站，高度依赖特定的水资源条件，并非所有的河流都适合建水电站；风力发电则需要建在风力资源丰富的地区，例如沿海、高原，且受风速影响，发电量不稳定。
地热发电项目也需要依赖丰富的地热资源，而这些资源主要分布在地壳活动频繁的地区，例如环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带等；太阳能发电看似只要有阳光照射的地方就可以建造，但也受光照条件制约，如果遇到阴雨天气，发电量就会很不稳定。
并且，建一座水电站或是地热发电项目，成本非常高。环境污染问题是解决了，但只用这些清洁能源发电，显然还是不足以满足所有生产和生活的需求，还是得把多种发电方式结合起来，配合使用。
后来，核技术得到了发展，核能发电的方式也诞生了。它以核反应堆为核心，可以在较小的空间内产生大量电能，发电效率比其他传统方式更高，且发电过程也几乎不产生温室气体和其他有害物质，既能高效发电，又能保护环境。
不过，核能发电却有着很高的风险，一旦发生事故，后果十分严重。前苏联的切尔诺贝利核电站就曾因操作不当发生了严重事故，直接导致放射性物质污染了欧洲的大部分地区。如果当时人们的反应再晚一些，放射性物质大面积泄露入海洋，那么人类甚至可能遭遇“团灭”。
这次事故也被称为人类历史上最严重的核事故。至今将近四十年过去，当年泄露的放射性物质仍然有很高的威胁，而据专家推测，这次事故的后果将延续一百年。
另外，科学家们还“捯饬”出了生物质发电以及垃圾发电等方式，旨在实现废弃物的资源化利用，以减少环境污染。但两种方式要么燃烧效率太低，要么技术要求太高，都没有得到广泛应用。
就没有一种发电方式，可以兼顾高效率、低污染、大范围吗？既然试了这么多种发电原料，都各有优劣，那么，干脆就从造成环境污染的源头——二氧化碳上做文章。
在研究的过程中，科学家们发现，在超临界状态下的二氧化碳（sCO₂）有着利于作为发电工质的独特特性，例如临界点低、密度高、粘度低、热容大、环保性好等。
将其应用于发电过程中，代替水和水蒸气充当媒介，它就能表现出巨大的优势。
一、效率更高。在相同条件下，sCO₂发电技术的热电转换效率比传统的蒸汽发电技术高3-5%。也就是说，同样的原材料，sCO₂发电技术能够产生更多的电能，能源利用效率也就提高了。
二、灵活性更强。传统的燃煤发电站和核能发电站的启动和停止时间较长，但sCO₂发电系统具有快速启动和深度调峰的能力，能够更快地响应变化。电网波动和发生意外情况时，sCO₂发电系统就能发挥很大作用。
三、环保性更好。sCO₂发电技术几乎不需要水作为冷却剂，这有助于减少水资源的消耗和污染。同时，由于sCO₂是一种无毒、无害、可回收的工质，其排放量和环境影响远小于传统的燃煤和核能发电技术。在应用中，sCO₂发电技术能减少约10％的碳排放量。
四、经济性更优。sCO₂发电系统的运营成本相对较低。且由于发电过程不再依赖水和水蒸气，对系统的损耗也能大大减少。再加上效率的提升，这种系统如果可以在我国大范围推广，那么老百姓就能享受到更低廉、高效的电力了。
效率高、污染小、先决条件要求低等特性，使得二氧化碳发电技术在许多领域都展现出了广阔的应用前景。
例如在核能发电领域，二氧化碳发电技术可以应用于钠冷堆、铅冷堆和熔盐堆等不同类型的核反应堆中，不仅核能发电的效率可以进一步提高，更是增强了发电过程中的安全性。
在其他传统发电领域，二氧化碳发电技术也能提高其效率、降低发电成本、减少碳排放、实现能源的再利用等，都对其短板进行了补充。
在电动汽车领域，二氧化碳发电技术也大有作为。它能应用于电动汽车的热管理系统，提高电池的热管理效率，延长其电池寿命。甚至，在航空航天领域，这项技术也能为空间站、卫星等提供电力。
更重要的是，二氧化碳发电技术还特别适合应用在舰船发电及推进系统中。舰船内部空间有限，对发电和推进系统的体积和重量要求较高。二氧化碳发电，能量转换效率高、系统设计紧凑，既能满足舰船的各种需求，又能提高其空间利用效率。
这么看，或许咱们未来造的航母，就会搭载二氧化碳发电技术。不过，归根到底，这也还是门新技术，距离其成熟，还有好一段路要走。各种技术问题还亟待在实际的应用中暴露出来，并被解决；技术成熟后，才能再谈商业化。
虽然运营成本低，但造价高；虽然国家大力支持研发，但政策还需要时间才能完善；虽然降低碳排放有利于每一个人的生存问题，但民众的接受度还需要逐步提高……但无论如何，可以确定的是，二氧化碳发电技术大规模应用了，确实有利于降低电价，惠及普通百姓。
甚至，由于其占空间小、效率高，未来技术成熟了，还有可能开发出适用于家庭的小型发电系统——到时候，咱们用电都能自给自足，真能实现“用电自由”！
在国际社会上，西方不少国家都喜欢高呼“环保”，却经常言行不一。美国就曾为了部分行业的发展，放松环保相关的法规，甚至在生态保护区进行石油开采；日本更是直接向海洋倾泻核污染水，即使引发国际社会的强烈反对，也无动于衷。
就这，美国还经常喜欢批评咱们，说咱们在环保方面不力。
实际上，就算从历史数据来看，从工业革命算起，截止到2020年，美国的历史累积碳排放量为0.46万亿吨，远超中国的0.2万亿吨——这也可以啪啪打老美的脸。
相比之下，中国则“人狠话不多”，做得多，说得少，在固碳研究方面不断深入，建起了不少生态工程，研发了各种碳捕集技术。这次二氧化碳光热发电机组的建成，就是个好例子。
作为在国际社会颇具影响力的国家，我们坚持走和谐发展的道路、可持续发展的道路，坚持“绿水青山就是金山银山”的路线，誓要带头建立起“人类命运共同体”，由己及人地惠及更广泛的人民——这才是一个大国该有的担当，一个大国该有的智慧！
