中国科学家攻克世界级难题

　　【中国科学家攻克世界级难题】2025年12月20日，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组——“超碳一号”，在贵州省六盘水市的首钢水城钢铁集团正式投入商业运行。这套由中国核动力研究设计院联合多家企业共同打造的发电系统，利用钢铁厂的工业余热，将二氧化碳加热到高温高压状态推动发电机发电，而非传统意义上的“烧”掉它。这标志着中国科学家和工程师团队成功攻克了这一项被美国等发达国家列为战略性前沿技术、曾被视为“世界级难题”的发电技术，并率先在全球实现了从实验室到工业应用的伟大跨越。

　　在项目主控室的屏幕上，超过7.9兆帕的系统压力数据正平稳流动，这正是二氧化碳进入“超临界态”的关键指标。当温度超过31℃，压力超过7.38兆帕，普通的气态二氧化碳会发生“变身”——它既不再是气体，也不是液体，而成为一种密度接近液体、流动性却类似气体的特殊流体。项目主管工程师尹雄峰生动地解释道，在这种“超临界态”下，二氧化碳拥有极强的传热和流动能力，如同一个“拉得更多、跑得更快”的能量搬运工。正是利用这一独特性质，“超碳一号”构建了一套密闭的循环系统，让二氧化碳在吸收钢铁烧结余热后，高速冲击透平机叶片做功发电，之后再冷却压缩、回到起点重新开始新一轮的旅程。

　　与主宰了电力工业百余年的“烧开水”模式相比，这次变革带来的效率提升是颠覆性的。数据显示，“超碳一号”的发电效率相比同等条件下的传统余热蒸汽发电技术提升了85%以上，净发电量更是提升了50%以上。这意味着，过去从每吨烧结矿余热中大约能发出13.5到15度电，现在可以稳定提升至22度以上，每年可为钢铁厂多发电约7000万度。此外，整个发电系统结构大为简化，设备减少，所需场地也缩小了整整一半。更值得称道的是，这项技术从根本上杜绝了传统蒸汽发电的耗水与废水问题，在高效利用工业废热的同时，实现了近乎零排放的绿色循环。

　　辉煌成果的背后，是一条充满挑战、长达十余年的攻坚之路。项目总设计师、中国核动力研究设计院首席科学家黄彦平的探索始于2009年。彼时，这项技术在国内尚属一片空白，国际上也仅有初步理论。面对“无先例可循、无设备可用、无经验可鉴”的“三无”困境，团队从零开始，在质疑声中艰难起步。最大的技术壁垒之一，是制造一种能够承受巨大压力并进行高效换热的特殊设备。2017年，当黄彦平尝试向国外唯一掌握该技术的企业寻求合作时，对方仅展示了一个样品，核心技术细节则完全封锁。甚至，连制造这种设备的“工业母机”——真空扩散焊机，在国内也无处可寻。

　　“别人不卖，就只有自己干！” 这是黄彦平团队被技术封锁“刺激”后的坚定回应。他们联合国内高校和制造企业，经过六七年的反复计算、试验与协同攻关，最终成功研制出了中国自己的超临界二氧化碳能量传递工业母机，攻克了从设计、制造到集成的全链条关键技术。2019年10月的一个凌晨，在北京出差的黄彦平接到了来自实验室的电话，团队在经历无数次失败后，首次实现了兆瓦级系统满功率稳定发电。那一刻，他形容自己“手是抖的”，而实验室里，许多团队成员都激动地哭了。

　　从实验室的成功到最终在贵州钢铁厂落地生根，是产学研深度融合结出的硕果。2022年，正在寻求战略转型的济钢国际工程技术有限公司主动找到黄彦平团队。双方一拍即合，并与拥有热源和场地的首钢水城钢铁集团携手，共同启动了这个全球示范工程。在历时23个月的工程建设中，项目团队解决了超过200项技术问题，攻克了88项关键技术难题。他们对管道清洁度的要求苛刻到不允许存在1微米以上的杂质，通过将清洗溶液烘干称重来确保万无一失。

　　“超碳一号”的成功商运，不仅是一个项目的终点，更是一个千亿级新兴市场的起点。据估算，仅在我国钢铁冶金行业，就有超过300套的传统烧结余热发电设备具备改造潜力，潜在市场规模约1000亿元。更重要的是，这项技术的应用场景极为广阔。它几乎可以与任何热源结合，从传统的火电、核电，到太阳能热发电、地热，乃至船舶动力和海上平台，都有其用武之地。目前，一个结合了“熔盐储能”与超临界二氧化碳发电的示范项目已在新疆启动，预计于2028年完成应用，旨在更高效地利用风电和光伏产生的“弃电”。

　　从2009年起步时的默默探索，到2025年令世界瞩目的工业示范，“超碳一号”的诞生，是中国坚持自主创新、勇闯科技“无人区”的生动写照。正如黄彦平所言，这项技术让中国在该领域实现了明确的领先地位。它用实实在在的工业效益证明了，前沿的绿色技术能够深度赋能传统产业，让高耗能的钢铁巨人在转型升级中焕发新生。当“二氧化碳发电”从科学幻想变为工厂里稳定输出的电流，它不仅点亮了厂房，更照亮了一条通往高效、清洁能源未来的中国路径。