将温室气体变为“超级工人”中国领跑全球超临界二氧化碳发电竞赛

在贵州六盘水首钢水城钢铁厂内，巨大的烧结机轰鸣不息，释放出滚滚热浪。以往，这些高达数百摄氏度的余热大多白白散逸于空中。如今，一股看不见的“力量”正悄然将这些废热牢牢捕获，转化为强劲电流。这股力量的源泉，是一台名为“超碳一号”的钢铁巨兽——全球首台投入商业运行的超临界二氧化碳发电机组。它不用一滴水，以二氧化碳为循环工质，却能将发电效率较传统余热技术提升超过50%，设备体积缩小近一半。这个曾被美国列为国家战略前沿、一度被视为“科幻”的概念，在中国工程师手中，变成了日夜运转的现实。

一张纸条点燃的火种：从理论无人区起步

故事的开端，源于2009年一次会议间隙的悄然传递。中国核动力研究设计院的专家黄彦平，收到了我国核动力领域元老孙玉发院士托人带来的一张手写纸条。纸条上简短而笃定地指出：超临界二氧化碳发电技术，值得深入研究。

当时，黄彦平的主攻方向是第四代核电。而超临界二氧化碳发电，在全球范围内还只是停留在论文里的理论构想，工程实践完全是一片“无人区”。用二氧化碳这种“废气”来高效发电？许多同行觉得这想法近乎天方夜谭。但黄彦平没有轻易放过这条线索。他带领团队，埋首钻研了三年基础理论，从热力学第一性原理出发，反复验算，最终确信：这条路，在科学上完全走得通。

攻克“不可能”的装备：自主之路被迫开启

理论可行，只是万里长征第一步。横亘在团队面前的，是一只凶猛的“拦路虎”——高效换热器。超临界二氧化碳虽然潜力巨大，但其换热能力只有水的三分之一左右。要想实现高效能量转换，必须制造出拥有巨大换热面积、又能承受极端高压和腐蚀的超级换热器。制造它的核心，是一种名为“真空扩散焊机”的尖端工业母机。

团队寻遍国内，竟无一家企业能够制造。无奈之下，2016年，他们转向海外，从英国高价购入一台。对方在交易时明确设限：只卖一次，下不为例。这次“卡脖子”的经历，像一盆冷水，也像一记响亮的鞭策。“怎么办？只有自己干！”黄彦平回忆，那种受制于人的刺痛感，转化为破釜沉舟的决心。他们找到西北工业大学的材料焊接专家，组成联合攻关组，从原理到工艺，从图纸到零件，开始了从零开始的艰难跋涉。这项技术需要“抱团取暖”，黄彦平后来感慨，正是早期合作者的无私投入，才让星星之火得以存续。

凌晨三点的电话：登上世界第一级台阶

2019年初，技术进入最关键的实验室发电验证阶段。七年心血，凝聚于此。那段时间，失败成了常态，压力如山，黄彦平的头发迅速变得花白。希望仿佛在一次次故障报警中逐渐黯淡。

转机发生在2019年10月的一个凌晨三点。在北京出差的黄彦平被急促的电话铃声惊醒。听筒那头，实验室负责人的声音因激动而颤抖，没有任何寒暄，只有两个字：“成了。”黄彦平怔住了，几乎不敢相信，回拨过去确认。电话背景音里，传来团队成员难以抑制的哽咽与欢呼。这个深夜的捷报，标志着他们建成了国际上首个实现兆瓦级满功率稳定运行的超临界二氧化碳发电实验系统。消息不胫而走，震撼了全球能源界，它向世界证明：这条全新的技术路径，不仅理论可行，而且工程可控！

从实验室到钢铁厂：工程化的惊险一跃

实验室的成功，只是证明了技术的“生命力”。如何让它走出象牙塔，在真实的工业环境中“活下去”并创造价值，是另一个维度的巨大挑战。2022年，转机再次降临。济钢集团国际工程技术有限公司的董事长高忠升主动找来寻求合作。面对这位潜在的“伯乐”，黄彦平问了三个直白而关键的问题：你真心认可这是代表未来的新技术吗？你有足够的资金实力吗？你有合适的工业场景吗？在得到三个肯定的答复后，一场产研深度融合的攻坚战正式打响。

2023年底，“超碳一号”示范工程在首钢水钢破土动工。将精密娇贵的实验系统，改造成能适应钢厂恶劣环境、持续稳定运行的工业装备，过程充满未知。2025年11月，机组开始并网调试。团队经历了七次紧张到令人窒息的并网尝试，多次濒临崩溃。最终，当监控屏幕上的功率曲线稳稳攀升并锁定在满负荷值时，机房内，有工程师直接瘫坐在地，笑容与泪水交织。

2025年12月20日，“超碳一号”正式投入商业运行。它安静地吞噬着钢铁烧结的余热，源源不断地吐出清洁电能。占地面积仅为传统蒸汽发电机组的一半，净发电量却提升超过50%。对首钢水钢而言，这意味着每年新增超7000万度电，直接增收近三千万元。对研发团队而言，这台日夜不停运转的机组，成为了一个无比珍贵的“超级实验台”，以工业级的规模，持续验证和优化着技术。

原理与未来：让二氧化碳成为“超级工人”

“超碳一号”的核心魔力，在于让二氧化碳在超过31.1摄氏度、73.8个大气压的临界点之上，变身成为一种神奇的“超临界流体”。此时，它兼具液体的高密度和气体的高流动性，就像一个“力气大又灵活的工人”。系统将这个“超级工人”压缩、加热，用它驱动涡轮高速旋转发电，做功后再冷却回收，在一个完全封闭的循环内无限次使用，本身并不消耗二氧化碳。相比需要把水烧开产生蒸汽的传统朗肯循环，流程更简洁、响应更快、系统更紧凑。

它的成功商用，打开了一扇通往高效能源利用新世界的大门。钢铁、水泥、化工、煤炭等高耗能行业存在着海量的中低温余热，以往难以经济回收。超临界二氧化碳发电技术恰恰擅长“啃下这块硬骨头”，将曾经被浪费的热能变为宝贵的资产。

2025年12月31日，济钢集团召开表彰大会，重奖“超碳一号”项目团队一百万元。这不仅仅是一次物质激励，更是对“从0到1”原始创新和“从1到100”工程化艰难跨越的崇高致敬。正如团队代表所言，这不是终点，而是起点。目前，团队已瞄准更广阔的行业应用，致力于推动这项技术的标准化、模块化和规模化，让更多“吃热吐电”的绿色巨兽，矗立在中国的工业心脏地带。

从一张手写纸条的灵感，到照亮钢铁厂的绿色电流，中国科研与工业力量用了十余年时间，在全球能源科技竞赛中，开辟出一条崭新的领先赛道。这项技术的故事，不仅关乎热力学与工程学，更关乎信念、毅力与跨越产学研鸿沟的智慧。它证明，将科幻照进现实，需要的正是一代人不问得失的埋头苦干与敢为人先的携手突围。