中国人烧二氧化碳发电？瓦特的棺材板按不住了！

　　瓦特的棺材板有点摁不住了。

　　自从瓦特改良蒸汽机以来，人类已经用烧开水的方式发了100多年的电，哪怕是核电站，本质也是烧开水（蒸汽发电），用蒸汽推动涡轮。

　　现在，中国人开始烧二氧化碳发电了。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”在贵州六盘水投入运营。

　　“超碳一号”发电机组丨中核集团

　　从空气里变出电能，还能商业化运作，这真的有点魔幻了！

　　网友们打出满屏的问号丨bilibili@央视新闻

　　超临界二氧化碳，发电的天选之子

　　烧二氧化碳发电，专业说法叫二氧化碳工质发电。这当然不是在空气中点一把火那么简单。我们来抓关键词：超临界，二氧化碳。

　　超临界，物质的奇妙属性

　　物质的常见状态有固态、液态、气态，还有个等离子态（比如火）。超临界态则是另一种奇妙的状态：当温度和压强超过某个特定值，物质会同时具有液体和气体的特性。

　　想象一下，气体分子本来处于一种间隔很远、四处乱窜的状态。如果加上很高的压强，分子会挤在一起，因为互相吸引，不再像气体分子一样四处乱窜，变成了液态；这时如果再加上很高的温度，分子们又会活跃起来，变成一种紧紧挤在一起、又上蹿下跳的状态（就是那种五彩斑斓的黑的感觉）。

　　图丨Wikipedia

　　这种状态的物质，在搞电力的人来看就是远胜于水的完美发电介质！

　　它的密度接近液态，能像水一样携带很多能量用以发电；它黏度接近气态，又比水的流动性更好，更容易推动涡轮转起来，减少发电中的能量损耗；但它又不是真正的液体或气体，没有沸点来限制它的形态，因此可以达到很高的温度，而温度越高，发电效率就越高。

　　总之一句话，超临界物质发电，划算！

　　为什么是二氧化碳？

　　在世间万物中选中二氧化碳，主要是因为把它做成超临界态比较容易。

　　拿我们现在常用的发电介质水来说。

　　要把水搞到超临界态，需要的温度和压强分别是374摄氏度和22兆帕。要达到374摄氏度的高温已经很不容易了，22兆帕更是个很高的目标，相当于2000多米深的海底的压强，或者相当于在1厘米见方的地方的放一头狮子。

　　二氧化碳则好搞定很多，达到超临界态需要的温度是31摄氏度，这在炎热的地区甚至不需要专门做保温；需要的压强也只有7.38兆帕，仅仅是水的三分之一。

　　二氧化碳相态变化图，超临界态的面积比较大，意味着比较容易达到丨张义祥, 林冲, 赫建明, 等. 2024. 页岩的超临界二氧化碳压裂机理及其优势分析[J]. 工程地质学报, 32(4): 1301-1308. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2022-0538.

　　要把二氧化碳烧到这个温度，我们甚至可以用很便宜的热源：钢厂的工业余热。

　　这些余热的温度在300到600摄氏度之间，作为传统火电的热源，温度相对较低，如果用水作为介质发电的话效率极低，所以过去很难利用，很多都白白浪费了。

　　这是因为超临界态的水在发电过程中，对温度、压强要求都很高，稍微下降就会变回气态或液态；二氧化碳的超临界态容易达到且很稳定，甚至能在整个发电循环中维持。

　　工业生产会产生很多热能，如果能利用起来会是巨大的宝藏丨wikimedia commons/Alfred T. Palmer

　　所以，“超碳一号”用工业余热来让二氧化碳达到超临界态、用来发电，绰绰有余，直接变废为宝！

　　并且，超临界二氧化碳，还可以让发电设备更少更紧凑，不仅节省了投资成本，还避免了能量散失。

　　全球首台商用超临界二氧化碳发电机组三维示意图丨中核集团

　　那两个字怎么说来着？划算！

　　以后我们不用烧开水发电了吗？

　　发电能烧二氧化碳了，但开水还是要继续烧的。

　　比起蒸汽发电的传统火电来说，在使用较低温的工业余热发电领域，二氧化碳工质发电可以更高效地利用能源，效率更优；但在使用高温的化石燃料热源发电领域，二者效率相差不多，二氧化碳工质发电不存在全方位的优势。

　　此外，蒸汽发电目前依然是主流的发电方式，它庞大的经济、技术惯性，也会让它长期作为电力系统的压舱石。

　　石破天惊的二氧化碳工质发电不是独霸天下，而是有更适合自己的位置。

　　因为发电系统布局紧凑、效率高，二氧化碳工质发电更可能用到一些空间有限的场景，比如海上油井、大型船舶，实现小小身形大大能量。

　　又因为发电功率调节速度快、范围广，二氧化碳工质发电发电可以完美配合出力十分不稳定的新能源发电，实现电力的稳定供应，主打一个满分僚机。

　　目光再远一些，二氧化碳工质发电可能还会用到更多“变废为宝”的场景里，不仅仅是工业余热，其他的光热发电、生物质，甚至未来的核聚变技术产生的余热，也能通过二氧化碳工质发电的方式变为电力。

　　作者：蓝巾

　　编辑：李小葵

　　题图来源：中核集团