在地上打造“人造太阳”

“我有一个美丽的愿望，长大以后能播种太阳，到那个时候世界每个角落，都会变得温暖又亮……”

种下人类的太阳，为世界提供源源不断的清洁能源，是很多人的梦想，在成都，一个“人造太阳”，正在茁壮成长。

这个人造太阳在中核集团核工业西南物理研究院，属于我国新一代可控核聚变研究装置，“万物生长靠太阳。其实，太阳也正是利用了核聚变反应，所以能不断地向地球输送能源。”谈及“人造太阳”这个浪漫名称的由来，专家如此解释。

走进“人造太阳”装置的主机大厅，巨大的环流装置耀眼夺目，工程师们专注地检查安装每一个部件——这个我国自主设计建造，规模最大、参数最高的“托卡马克”装置，它的等离子体离子温度可达 1.5亿度。

“人造太阳”将为人们生活带来怎样的进步和改变呢？专家表示，“核聚变能量源氘（dao）在海水中大量存在，可以说是一种取之不尽用之不竭的新能源，我们通过核聚变反应后释放大量的热能，通过转换可以释放电能，由此解决人类终极能源问题。”

甚至可以这样畅想，可控核聚变研发成功后，将一瓶海水放到聚变发动机里，就可以开着小轿车去往全国各地任何一个城市；可以像《流浪地球》里演示的一样，通过核聚变推进器开启新的纪元，真正实现星际旅行……

据了解，在大家的共同努力下，近年来，“人造太阳”项目不断取得新进展：2020 年 12 月 4 日，新一代“人造太阳”成功实现首次放电。

2022 年 10 月 19 日下午，新一代“人造太阳”等离子体电流突破 100 万安培（1 兆安），创造了中国可控核聚变装置运行新纪录，标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进重要一步，跻身国际第一方阵，技术水平居国际前列。

今年，“人造太阳”更是不断突破技术难题，取得技术的新突破……

相信在不远的将来，在成都诞生的这一个“人造太阳”，将像真正的太阳一样，惠及整个世界。

天府永兴实验室

将“弃电”化废为宝 

在四川天府新区，一个从科技部官网传来的消息，让清华四川能源互联网研究院深感振奋，由研究院作为第一完成申请单位申报的工程，“十万吨级可再生能源电解水制氢合成氨示范工程”成功入选国家重点研发计划项目。

这样一个工程，与碳达峰碳中和有怎样的关联呢？在清洁化转型背景下，终端能源消费引入氢能是电气化趋势的重要补充，而将氢气作为原料合成液氨，则具有了更为广泛的工业用途。可再生能源制氢再合成氨，从零碳能源到绿氢、绿氨，实现了真正的零碳化过程。

“我们申报的电解水制氢合成氨技术，则是将完全清洁的可再生电力资源转换为原料氢气，再与从空气中分离出的氮气一起合成液氨。”参与项目的专家说，这不仅可以将“弃电”化废为宝加以利用，还为化工生产提供新的氢源获取途径。

原理如此，入选国家重点研发计划，其面对的技术难度可想而知。“首先是电的来源，与火电不同，水电、风电、光伏等清洁能源都有较大的波动性，如何确保这种波动性不影响电解水制氢的效率，非常困难。此外，我们虽然在小型样机已经完成相关实验，但扩大到 10 万吨级甚至更大规模，全流程的优化设计难度也呈指数级的增长。”专家介绍，此外，如何将大规模生产出的氢气安全储存，并将整个项目产业化，也将是他们面临的重要难题。

为破解这些难题，研究院的相关科研人员整天泡在实验室里，不断实验，同时与三峡集团等新能源企业及机构密切合作。为可再生能源制氢示范工程的设计和评估提供科学指导，拓宽电制氢的应用场景和示范规模，同时，清华四川能源互联网研究院牵头起草水电解制氢的团体标准。

“这是我们联合同济大学、中国标准化研究院等18 家行业内的科研单位、装备制造企业、制氢工程运营企业共同起草的，已正式公布。”该专家说，这也标志着十万吨级可再生能源电解水制氢合成氨示范工程取得阶段性重要成果。

事实上，自 2016 年成立以来，清华四川能源互联网研究院已承担科研项目 700 余项，在迈向碳中和的道路上，取得众多技术突破，一大批能源电力成果在全国 20 余个省市区得到示范应用。

推动交通领域的碳中和 

衣食住行，与每个人的生活都息息相关，其中，涉及“行”的交通，则与碳达峰碳中和有着密切的联系。

在成都的天府永兴实验室，有一个四川低碳交通研究中心，这是全国第一家由政府主导、企业联盟参与，专门致力于交通运输领域碳中和技术研发的研究中心。

据天府永兴实验室相关负责人介绍，天府永兴实验室长期以来聚焦科学布局清洁低碳能源、资源碳中和、碳捕集与利用、碳汇与地质固碳、减污降碳协同、碳中和集成耦合六大研究领域，四川低碳交通研究中心的正式加入，将为实验室的发展注入新动能、增加新活力。而四川低碳交通研究中心是天府永兴实验室碳中和集成耦合研究部下属零碳交通研究中心的组成部分，由天府永兴实验室统筹管理、省科技厅宏观指导、省交通运输厅行业指导。

该中心致力于凝聚交通领域优势学科力量，聚焦解决交通运输行业绿色低碳发展的关键技术难题，围绕交通设计减碳、建设降碳、运营节碳三大研发方向开展理论研究、技术研发和产业应用，打造交通运输全产业链科研创新平台，为实现碳达峰、碳中和目标贡献智慧力量。

目前，该中心已形成胶结土（石）筑坝技术、高性能装饰混凝土、高速公路分布式光储“绿电自给”等 13 个关键技术和相关应用产品。未来将有力支撑全省交通运输领域“双碳”工作。到 2030 年，力争成为全国零碳交通创新策源地，为四川省交通运输行业如期实现碳达峰提供坚实的科技支撑。

国家超算成都中心

电催化还原二氧化碳 

据了解，为了积极稳妥推进碳达峰碳中和，加快成渝地区双城经济圈建设，国家超算成都中心牵手重庆大学和成都计算狗，开展了关于二氧化碳电催化还原反应的路径计算工作，积极推动川渝两地实现产学研合作和成果落地转化，深入推进能源革命。

什么是电催化还原二氧化碳技术？通俗地来讲，二氧化碳的电化学反应是一种利用电能驱动二氧化碳还原为小分子碳氢或碳氧化合物的方法。如甲酸（HCOOH）、甲烷（CH4）、乙酸（CH3COOH）、乙烯（C2H4）、一氧化碳（CO）等。

电催化还原二氧化碳技术（eCO2RR）作为一种十分有潜力的新技术，能够在电催化剂的作用下，充分利用电能将二氧化碳转化为所期望的新能源产物，降低空气中二氧化碳的含量，且具有操作简单、条件可控、反应装置不受环境限制等优势。目前，该技术已经引起世界范围内科学家的广泛关注，为全球环境问题的改善提供了新视角。

重庆大学该项目负责人表示，在超算的赋能下，理论模拟已经不仅仅是解释实验现象的辅助手段，更是加深理解电催化反应过程的新途径。同时，通过超算提供的算力和成都计算狗提供的 DFT 技术模拟所合成催化剂的电化学还原二氧化碳反应过程，能通过计算各中间产物的吸附能和每个基元反应的吉布斯自由能变，推测出潜在的反应机制并明确决定反应进程的关键因素。在超算的帮助下，项目周期从 2-3 个月缩减为 2 周。

在电催化还原二氧化碳技术中，一方面电能来源可以选择太阳能、风能等可再生的清洁能源，不会额外产生碳排放及造成二次污染。另一方面，反应物仅为丰富易得的水和二氧化碳，产物为较高附加值的碳氢或碳氧类化合物，能够真正实现系统的碳循环和零排放，具有重大的研究价值。

比如，通过电催化还原二氧化碳技术得到的甲烷在净化后，可以直接用于老百姓家用天然气；甲酸类燃料经分离提纯后有望用于生物制药、纺织材料、染料等化工制造业领域等。