在人类利用能源的漫长历史中，“燃烧”始终是最核心的转化方式。从燧人氏钻木取火，到现代火力发电厂里一千四五百度的熊熊烈焰，煤炭、石油、天然气等碳基能源，本质上都是通过“一把火”来释放能量。

然而，这把火烧了数千年，也带来了日益沉重的代价。燃烧产生的大量硫氧化物、氮氧化物、PM2.5等充斥大气；燃烧过程中，空气中的氮气在高温下被裹挟参与反应，烟气中二氧化碳浓度低至不足13%，捕集成本高昂。在“双碳”目标成为全球共识的今天，传统能源利用方式正面临前所未有的挑战。

正是为了破解这一难题，西安交通大学郭烈锦院士带领团队，从二十世纪九十年代末开始，历经二十余年持续攻关，开创了“碳基能源超临界水蒸有序转化”的全新理论与方法。该项目荣获2025年度国家自然科学奖二等奖。

颠覆“一把火”

走进西安交通大学绿色氢电全国重点实验室，大大小小的实验装置形态各异，从早期的原理验证台，到每小时产一千标方氢气的中试系统，记录着这项技术从萌芽到逐步成熟的完整轨迹。

“不是不让煤燃烧，而是不让它跟空气中的氧气反应。”中国科学院院士、西安交通大学教授郭烈锦用最通俗的语言解释这项技术的核心逻辑，“把煤直接放到超临界态的水里，让煤中的碳跟水反应，生成氢气和二氧化碳。”

超临界水，是指温度和压力超过临界点（温度压力高于临界点374.3℃、22.1MPa的水，具有特殊的溶解与传质特性）的水，具有独特的物理化学性质。在这一特殊状态下，煤中的碳将水中的氢置换出来，生成氢气和二氧化碳，整个过程温度控制在八百度以下。煤里的硫、氮、重金属等杂质根本不参加反应，以固态渣的形式从底部排出。

这意味着，从源头上就没有了硫氧化物、氮氧化物和PM2.5的排放。而反应生成的氢气和二氧化碳，随着温度和压力的变化会依次释放，得到的是高纯度的氢气和高纯度的二氧化碳。二氧化碳是自然富集的，不需要额外耗能去捕集。

从根上破题

这项技术的诞生，并非一蹴而就。它的思想源头，可以追溯到1996年。

那一年，郭烈锦从国外进修归来，正值西安交通大学百年校庆。他与恩师、中国锅炉学科奠基人陈学俊院士进行了一次深谈。陈先生当时忧虑地指出，传统“一把火烧”的路子长期走下去，污染只会越来越严重，不可持续。

1997年，郭烈锦参加了国家自然科学基金委组织的一个赴美考察团。在夏威夷大学，他看到用超临界水处理生物质废弃物，处理后的水干净到可以直接饮用。这个场景深深触动了他，“如果能用这个思路来处理煤，将是一场革命。”

考察归来，他立刻向基金委提交报告，明确提出要探索这一方向。同年，他获得国家杰出青年科学基金，将这笔经费全部投入这个领域。

然而，真正的关键突破，是在数年之后。

全球研究煤炭气化的学者，长期以来都遵循同一条路径：用部分氧化的方式提供热量来维持气化反应，因为气化本身是吸热过程。但这条路意味着上千度的高温，对装备和过程控制要求苛刻，腐蚀污染问题丛生。郭烈锦团队早期也沿此探索，但气化率始终不理想。

直到有一天，他忽然想到：“为什么不用完全还原？”

纯气化是还原反应，只要把热量供进去、保持反应温度，碳就能完全气化，且所需温度远低于部分氧化的方式。这个理念上的转变，让整个研究豁然开朗。团队从此走出一条全球同行未曾悟到的新路，并逐步构建起完整的理论体系。

一个全新的能源转化范式

与传统煤电和煤制氢技术相比，这项被命名为“超临界水蒸有序转化”的技术，展现出全方位的优势。

首先是热力学层面的根本性提升。传统燃煤发电在燃烧、传热、做功各环节均存在大量不可逆损失，能量品位逐级衰减。新技术的核心在于将煤的化学能直接在超临界水中释放，氢氧化的热量也全部用于做功循环，整个过程实现了不可逆损失最小化。以百万千瓦机组计，煤电转化效率可超50%，显著优于传统机组。

效率提升的同时，清洁性从源头得到了根本保障。由于不存在高温燃烧过程，煤中的硫、氮和重金属等杂质不会转化为气态污染物，从源头杜绝了硫氧化物、氮氧化物和粉尘的排放。

二氧化碳的处理方式也发生了质变。传统方式捕集烟气中低浓度二氧化碳需额外消耗大量能量，而新技术直接产出高纯度二氧化碳，无需后续富集即可作为化工原料使用，将“负担”转化为“资源”。

这些技术优势最终转化为显著的经济性。无需脱硫脱硝等庞大后端设备，同样规模下一次性投资下降两成以上；效率提高、煤耗降低，制氢能耗和成本比传统煤制氢下降超过两成。“目前煤炭超临界制氢成本每公斤不到十元。”郭烈锦说，“这是可以大规模推广的。”

效率、清洁、碳捕集与经济性的同步突破，并非简单的指标叠加。其背后是将传统的“碳氢循环”与“热力循环”有机关联、耦合协同，构建了一种全新的能源转化范式，使煤炭这种最基础的碳基能源，以最低的环境代价实现最高效的利用，让“减碳”与“增效”不再是非此即彼的取舍，而成为同一过程中自然达成的结果。

从实验室到产业化

任何重大原始创新，都要经受从理论到实践的严峻考验。

郭烈锦团队的路径清晰而扎实：从最基础的机理研究起步，逐步放大到小试、中试。目前，每小时产一千标方氢气的中试装置已实现连续稳定运行。2016年，技术成果作价一点五亿元转让，正式开启产业化进程。2018年，首个五十兆瓦热电联产示范项目在西安启动。

当前，多个地方和企业正在对接大型示范项目。这是一套完全自主原创的技术体系。

数据显示，截至2025年底，煤电装机仍占全国总装机的32.4%。煤炭在相当长时期内，仍是我国能源体系中的兜底保障。问题不在于要不要用煤，而在于如何用煤。

在这套新技术的框架下，传统煤电的角色可以发生根本性转变。

一方面，新建煤电机组可直接采用超临界水蒸技术，实现高效、零排放、二氧化碳直接捕集。另一方面，与现有机组协同，面对当前新能源大规模并网带来的调峰压力，传统锅炉降负荷运行会导致效率骤降、排放增加。郭烈锦提出的思路是：让百万千瓦机组按设计工况稳定运行，将多出来的蒸汽用于与煤反应制氢，把能量以氢的形式存储下来。

这样一来，煤电不再是一个刚性的“污染源”，而变成了一个灵活的“清洁氢源”。它既能与光伏、风电等波动性可再生能源形成互补，又能在电网需要时提供稳定支撑。

“要从根上去想问题”

谈及人才培养和科研环境，郭烈锦反复强调一个观点：“要从根上去想问题，从体系上去设计解决方案。”

他指出，当前能源动力学科面临的挑战，远不是单一学科能够应对的。“碳基能源的超临界水蒸有序转化”本身就涉及工程热物理、化学、材料等多学科深度交叉。

在育人理念上，他特别看重实践。“学生不能只从书本到书本、从论文到论文。”他举例说，当年的陈学俊先生大学毕业就去了工厂一线，“只有到生产实践中去，才能知道你做的事有没有用、怎么干才有用。”

在他看来，当下从学界到产业界，有些追逐“国际领先”的效率数字已意义不大。他认为，真正的创新必须从源头出发、从体系出发，推动低成本、高效率、低碳绿色的能源技术落地，让老百姓用得上、用得起。

从最初一个看似遥不可及的念头，到如今完成中试验证、即将步入大型示范阶段，郭烈锦和团队用二十余年时间走完了一条完整的原始创新链条。

“其实就是做自己喜欢做的事，做对国家和社会有价值的事。”他说。

在“双碳”目标深入推进的今天，这项原创技术，正在为一个能源消费大国提供一条兼顾安全、清洁与经济的现实路径。

报道链接：

https://www.ishaanxi.com/c/2026/0710/3737185.shtml#ocr