在能源轉型時代，縱觀我國整個能源的布局，包括化石能源、非化石能源和可再生能源。盡管可再生能源是我們向往的，技術也日趨成熟，但在能源需求的總量中所占的比例會有一定的局限。

在可預見的未來, 化石能源在能源結構中仍將占主導地位。

我國70%的石油依賴進口，這嚴重威脅我國能源安全。因此，根據我國“富煤、少油、貧氣”的能源結構特點，用好現有化石資源，做到清潔利用不但十分重要，而且勢在必行。

化石能源是指以石油、天然氣、煤為代表的含碳能源。在化石資源加工轉化成燃料和化學品、燃料利用過程中產生二氧化碳。然而，二氧化碳排放量的不斷增加，將導致一系列生態和環境問題。因此，我們必須解決好碳循環嚴重失衡問題，實現碳資源的高效轉化及循環利用。

2010年前后，我們提出了“綠色碳科學”的概念，即含碳物質能源利用時，從碳資源加工、碳能源利用、使用后碳固定，到碳循環全過程所涉及的碳化學鍵演變規律及其基于原子經濟性的優化。

從化學基礎來看，綠色碳科學核心是碳的氧化還原反應。當化石能源加工利用產生二氧化碳時，我們可以通過化學循環或者生態循環的方式，使之又變為燃料和化學品，盡量接近碳循環平衡。

把生成的二氧化碳循環成為可利用的能源，包含把變化以后的化學鍵再變回原來化學鍵的一些反應。根據能量守恒定律，化學鍵的演變實質上涉及的是能量問題，即二氧化碳化學循環生成燃料所需能量，在實施過程中要大于從能源燃燒生成二氧化碳得到的能量。我們仍然可以用含碳能源來補充所需的能量，但其后果必然是在循環利用二氧化碳的同時又增加了新的排放，這違背了綠色碳科學原則。因此，光靠碳循環體系本身是不行的，我們需要從外加的非碳能源獲取能量才能良性完成這個循環。

能源化學學科發展前沿目前聚焦于二氧化碳、水和氫這些小分子問題。來自含碳能源的燃料使用后產生的終極分子是水和二氧化碳，再生需要解決能量的問題。利用太陽能分解水制氫進而還原二氧化碳、通過人工光合作用實現二氧化碳和水的反應制取燃料和化學品，是當前的研究熱點和技術發展的重點。

在這一系列過程中，太陽能是滿足人類需求的終極能源。除太陽能之外，風能、水力能、地熱能、核能等非碳能源也可以考慮在內。

我們距離用太陽能推動二氧化碳轉化還有多遠？太陽能發電已經開始工業應用，太陽能熱的利用除民用外距工業應用也并不遠，但光催化方法和光電化學方法將太陽能轉化為化學能則還有一定的距離。

特別需要關注的是，包括化工和發電等工業在內二氧化碳的集中排放，其總量占人類二氧化碳排放總量的40%以上。我們認為且需要強調，集中排放的二氧化碳必須以工業的方式來解決。綠色碳科學的理念的普及和發展必然要推動“二氧化碳化工”眾多過程和新興產業的產生。目前，歐洲規劃了12項二氧化碳轉化過程的工業實驗。我國不少科研院所和企業已成功開發了多項“二氧化碳化工”過程項目，并實現了工業化，可以說是引領了世界二氧化碳資源化利用的正確方向。

文章來源：中國科學報