2023年11月24日下午，北京大学《彤程材料科学论坛》（Red Avenue Materials Science Forum）第三十六讲在北京大学图书馆北配殿科学报告厅如期举行。著名工程热物理与能源利用学家，国际清洁与可再生能源研究中心创始主任郭烈锦院士为大家带来精彩报告，北京大学副校长张锦院士主持并致欢迎辞。

郭烈锦院士首先从人类赖以生存的“水、空气、能源”开始，带领大家认识了“水”的各种状态和基本性质，了解了中华先贤对“水”之哲学阐述，理解了中华文化中“水”之博大精深，揭示了能量、物质蕴藏于水之自然奥秘。

郭院士给大家形象的绍了能源种类，能源、能量的基本概念，能量的基本形式与载能子的种类，自然界的能源资源和现实社会的能源构成，以及能源动力系统及能源供给体系的演变历史。能源是可以直接或经转换为人类提供所需的光、热、声、动力等任何形式能量的载能体资源。例如，氢能是通过水电解或天然气重整等方式产生氢气，然后将氢气用作燃料的能源形式，而太阳能是通过太阳辐射产生电力或热能的能源形式。常规能源、新能源、核能等一次能源，电、氢、燃料等二次能源。人类学会控制火是文明上的重要里程碑，人类生活用能以及社会生产用能方式都是由“火”推动，并经过对“火”的精妙控制发生发展。

同时郭院士陈述了我国富煤、缺油、少气、乏铀的能源禀赋，以及我国传统燃煤发电一把火烧式的“火”基能源利用的高污染、高碳排放、低效率的链式发展模式。认为能源的选择和使用直接关系到经济发展，社会生活和环境保护。不同能源对环境的影响不同，传统能源如煤炭、石油等会产生大量的二氧化碳和其他污染物，而可再生能源如太阳能、风能等更环保，有助于减缓气候变化和降低环境污染。科学合理的能源利用对于可持续发展和维护地球生态平衡至关重要。

随后，郭院士详细介绍了“能势匹配、碳氢循环、多子耦合”的能源有序转化基本概念。能源转化涉及能量转换、载能形式转变、能源物质转化的物理和化学变化及其耦合的复杂过程，体现多学科前沿的强烈交叉融合，将能源转化的物理和化学两种变化有机关联、能势匹配和多子耦合，才能实现能源转化的高效、清洁、低碳。认为重组能源转化利用方式，创新性的实现以“水”为基、“水”“火”交融，有望破除“一把火烧”式的能源转化方式带来的能源、环境和发展困局。

之后，郭院士主要介绍了“超临界水蒸煤绿色氢电生产新技术及产业”和“基于太阳能的绿色氢电生产新技术与产业”。鉴于传统燃煤发电过程燃料化学能势与工质热能势匹配不当、热力系统效率低，物质转化与能量转换关联不当，产物有害、污染、高碳排放等弊端，郭院士创新性的利用超临界水的特殊物理化学性质，实现了煤中元素转化为有益物质，在“水”的循环过程中，高效产氢，并实现了CO2自然富集以及有害物质的源头移除。从根本上解决污染物生成及CO捕集，提高转化率，颠覆传统燃煤发电技术，同时实现高效、清洁、低碳，并且节水。通过流场及温度场调控，为不同的反应匹配不同的反应温度条件，实现了局部的驱动热动能与化学反应的能势匹配，降低了反应器不可逆损失。针对传统光伏电解制氢系统交直流转换及能量传输损耗，郭院士及其团队创新提出氢热电一体化设计，大幅提高系统效率，并在国家电投新疆公司推广应用。

最后，郭院士以“向氢电绿色生产和氢电互变互补的新型能源体系的转型”为主题向我们阐述了当前我国能源产业发展的瓶颈及相应的解决办法，展示了氢电互补能源体系以及产业链全景图。认为发展绿色氢电颠覆性技术，开展大规模氢储能是构建我国新型能源体系的关键，超临界水蒸煤技术将有助于利用我国煤炭丰富优势，抢占能源自主变革先机，加快治污降霾减碳，早日还一片绿水青山。

“只有将能源转化的物理和化学两种变化有机关联、能势匹配和多子耦合，才能实现能源转化的高效、清洁、低碳”，这也就需要我们材料学子充分发挥自己的专业背景和特长，为中国能源的清洁、高效、低碳、安全、有序转化贡献自己的一份力量。

报告结束，张锦院士为郭烈锦院士赠予《彤程材料科学论坛》授课证书并合影留念。

北京大学《彤程材料科学论坛》背景：

《彤程材料科学论坛》是北京大学材料科学与工程学院为培养国家急需领域高层次人才设立的工程创新教育课程。课程面向国家战略需求、响应学校新工科建设需要，内容围绕工程科学技术创新和战略管理创新，邀请活跃在材料及相关领域的国际顶尖学者和知名企业家开展跨学科、跨领域交流报告；旨在培养具有国际视野、能够深度理解产业技术前沿和市场趋势，引领材料相关领域科技发展的创新型领军人才。课程面向高校师生及社会开放，开课以来，现场及线上听众已累计超过300万人次。本课程隔周开讲，请大家持续关注后续系列报告。