对话黄彦平：“把二氧化碳变成发电的动力”

编者按

你相信吗？我们日常熟知的二氧化碳，正以全新角色赋能能源利用！前不久，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组“超碳一号”在贵州六盘水成功投运。这项革命性技术并非直接用二氧化碳发电，而是将其作为能量传递和热功转换的高效循环介质，让这一温室气体变身发电“好帮手”，既突破了传统“烧开水”的发电模式，更能高效回收工业余热实现节能降碳，也标志着中国在该领域实现全球领跑。

本期，中国科协之声独家专访“超碳一号”总设计师、中核集团首席科学家黄彦平，听他讲述十六年科研路上的难关、困境与坚持。

专家简介

黄彦平，研究员，中核集团首席科学家，超碳一号总设计师，长期从事先进核动力和新型能量转换技术科学理论、技术创新与工程应用研究，带领团队通过十六年技术攻关和自主研发，攻克了超临界二氧化碳发电技术从理论到工艺的全链条贯通，将超临界二氧化碳发电技术从实验室推向了工程应用。

黄彦平先后获得国家科技进步奖一等奖、国家技术发明奖二等奖、钱三强科技奖等荣誉。

一张便签，打开新世界

2009年春天，黄彦平收到一张改变他科研轨迹的手写便签。

便签来自中国工程院孙玉发院士，上面只有一句话：“美国正在研究超临界二氧化碳发电，很多人觉得不可能，你是否愿意试试？”

彼时的黄彦平已在第四代核能系统的超临界水堆领域深耕多年。用二氧化碳发电？他敏锐地意识到其中的革命性潜力。

物质除了固态、液态、气态三态，还有第四态——超临界态。当二氧化碳被加压到73个大气压以上、加热到31摄氏度以上，它会进入一种奇特状态，化身为“超碳”：既有液体般的高密度，又有气体般的低粘度。

“就像给二氧化碳穿上了超级英雄战衣，”黄彦平说。

不论是传统的火力发电还是先进的核电技术，以及各类余热蒸汽发电，原理都类似于“烧开水”，就是用热量将水变为水蒸气，推动汽轮机转动来发电。

但“超碳”作为介质，进入透平机，瞬间膨胀推动叶片高速旋转，带动发电机发电。一旦实现，相比之前的烧结余热蒸汽发电技术，以“超碳”为介质的新形式发电效率提升85%以上，净发电量提升50%以上。

但现实很快泼来冷水。全球相关文献少得可怜——最早的是1948年瑞典学者的概念研究，1967年美国人论证了可行性，但都停留在纸面。能查到的资料，大多是萃取香料、石油压裂等应用。

黄彦平带着唯一一名研究生，组成了最初的“两人团队”。

没有理论体系，就从热力学基本定律重新推导。没有物性数据，就联合高校从零测试。最煎熬的是找文献——“输入‘超临界二氧化碳’，出来的全是萃取技术，”黄彦平苦笑，“我们像大海捞针，在垃圾堆里找珍珠。”

国际同行纷纷质疑：“超临界二氧化碳换热能力只有水的三分之一，密度却是蒸汽的几十上百倍，换热器和涡轮机怎么造？全球几十年没人做成，你这是自讨苦吃。”

但科研直觉告诉他：这条路值得走。

2010年，经费紧张的团队自掏腰包十几万元，搭建了最简单的自然循环实验装置。当超临界二氧化碳在回路中平稳流动、速度远超超临界水时，黄彦平难掩激动：“它不像水会剧烈波动，只要持续加热，循环速度就稳定上升。那一刻我知道，这个技术肯定能成！”

这个在空白中发现的“第四态”密码，成了团队坚持下去的第一束光。

829天，焊出“不可能”

真正的挑战才刚刚开始。

超临界二氧化碳的特殊性质，意味着所有传统发电设备都要推倒重来。核心装备研发成为最大“拦路虎”，集中在两大难题：换热能力弱，高效换热器体积会异常庞大；密度极高，涡轮机设计要求远超传统。

他们首先要攻克微型通道真空扩散焊换热器。

需在不锈钢板上蚀刻数百条直径仅1毫米的微流道，再将数百张板片精准叠焊——每张板片上的流道必须100%对齐，误差不能超过一根头发丝的十分之一。

国内没有厂家能达到精度要求。团队骨干直接住进蚀刻厂，与工人同吃同住六周。“每天分析样板、调整参数，终于做出合格样品。”黄彦平回忆。

更难的还在后面：真空扩散焊接技术当时国内完全空白。国际上唯一具备能力的厂家报价高昂，做完一次样品后明确告知：“这项技术禁止向中国出口。”

冰冷的禁运通知，让团队彻底清醒：核心技术买不来、讨不来。

接下来的829天，实验室灯光几乎从未熄灭。他们反复调整焊接的温度、压力和时间参数。每次试验耗费数万元，报废的试验件堆了半间仓库，重达数吨。

“最煎熬的是连续失败，”黄彦平声音低沉，“有一次连续12次失败，年轻工程师坐在地上哭。我捡起焊废的板片说：‘再试最后一次。’”

转折点来自一次“非正式”合作。黄彦平找到西北工业大学的焊接专家，仅凭互相信任，在十几万元经费支持下，对方团队苦干三五年。“黄总，你说怎么干我就怎么干。”这句话成了支撑。

终于，在数次方案优化、多版参数迭代后，他们焊出了合格部件，还自主研制出真空扩散焊机，将6000片薄板焊接成超紧凑换热器——体积只有传统的十分之一。

涡轮机研发同样艰难。国外专家直言：“别做100千瓦以上机组，纯属浪费资源。”团队联合东方电气集团，在毫无经验下摸索。

2018至2019年验证阶段最为煎熬——机组每次运行到20%-30%负荷就会突然停机。团队成员甚至开玩笑：“黄老师，您能不能别来实验室？您一来我们就紧张，机器好像也跟着‘犯怵’。”

黄彦平那段时间头发大把大把地白，“每天都担心，前面投入的钱、熬的夜都白费了。”

转机在某天凌晨降临。正在北京出差的黄彦平接到电话，只有两个字：“成了。”电话那头传来团队的哭声。

他颤抖着挂掉电话，又立即回拨确认。连夜赶回实验室，屏幕上稳定跳动的数据让所有焦虑烟消云散。

后来得知，国际同行直到2024年才达到他们2019年的水平。“我们没有跳过任何一个验证环节，”黄彦平说，“技术路线图上所有试验全做了，这才有了‘一旦启动就能稳定运行’的底气。”

五年数据，筑就根基

技术突破离不开最枯燥的基础工作。黄彦平称之为“补缺”——在物性数据和工程标准中筑牢根基。

超临界二氧化碳在临界点附近的物性变化剧烈，国际文献数据根本不够用。一次按国外数据设计的换热器，实际效率竟比预期低40%。

团队痛定思痛，决心建立自己的物性数据库。

联合西安交大、上海交大团队，搭建专用测试平台。此后五年，他们重复着升温、加压、记录的枯燥工作。为获取一个精准数据，成员曾连续72小时值守，每10秒记录一次读数。最终报告堆起半人高。

“这套数据库填补了国际空白，”黄彦平说，“它揭示了二氧化碳高效做功的关键——临界点附近密度变化曲线异常陡峭，这正是传统设计思路行不通的原因。”

控制系统的研发同样从零开始。传统系统无法适应超临界二氧化碳的极快响应，团队自主研发了“数字伴生系统”，让实体机组与虚拟仿真实时联动。这个系统的价值还在延伸——未来可能发展为完整数字孪生系统。

意外收获出现在机组运行后。其响应速度远超预期，能精准跟随钢铁厂余热波动。新能源专家闻讯而来：“这种特性正好满足未来电网调峰调频需求！”团队这才发现，他们的技术不仅能利用废热，还能成为电网的“稳定器”。

“第一只螃蟹”，惊险下肚

实验室成功只是第一步。从实验室到工厂，才是真正的“生死一跃”。

长期稳定运行验证需要巨额费用——机组一天仅水电费就达20万元。连续运行2000小时，成本高昂，难以承受。质疑声此起彼伏：“实验室能用，工业上能用吗？”黄彦平常常语塞：“地球上从没有过这种机器，我只能用实际运行证明。”

转机出现在2022年8月。济钢国际董事长高忠升主动登门。黄彦平直截了当：“你真相信这是新技术吗？你有钱吗？你有厂址吗？”高忠升毫不犹豫给出肯定答案。

后来黄彦平才知道，高忠升从山东辗转北京再飞成都，盛夏酷暑中衬衫后背湿透半截。“这份诚意让我坚定了决心。”

恰逢首钢水钢集团设备更新，负责人也表示“不算短期风险账，只看长远发展账”。三位决策者的担当，决定了“超碳一号”的命运。

2023年底工程开工。工业场景的复杂性远超预期：钢铁厂余热波动大、粉尘多，更关键的是超临界二氧化碳对清洁度的“洁癖”——它不仅是工质，还是良好溶剂，对杂质极其敏感。

施工人员按传统习惯操作，几次导致设备异常。团队不得不拆了重装，反复强调：“差一点都不行。”磨合中，工人们逐渐理解了这项技术的特殊性，开始主动按最高标准施工。

最惊险的是并网前调试——涡轮机突然振动。团队连续48小时排查上百个部件，最终发现是管道接口的微小偏差。重新调整安装工艺后，设备终于平稳运行。

2025年12月20日，“超碳一号”正式商运。它颠覆了传统发电模式，用半个篮球场的空间，创造了惊人效益：年增发电7000余万度，为企业增收超3000万元。占地面积仅传统机组的一半。

有老工程师参观时围着设备转圈：“黄总，设备还没到齐吧？”黄彦平笑了：“都在这里了，这就是全套。”

专家测算，若全国钢厂都采用该技术，年增发电量将相当于三峡电站的八分之一。

从钢铁厂到火星

“超碳一号”的成功让团队成为全球唯一实现该技术长期稳定运行的队伍。十六年核心成员几乎未变，国家持续的基础科研投入让技术体系完整构建。

谈及技术前景，黄彦平眼睛发亮：“它的绿色属性取决于热源，但节能降碳价值是绝对的。”目前团队已启动“熔盐储能+超临界二氧化碳发电”项目，未来可灵活适配多元热源——水泥厂窑炉余热、玻璃厂熔融废热，甚至沙漠太阳能。

更远的设想已在探索：火星大气富含二氧化碳，团队已开始概念设计，未来或许能带着核热源和发电系统登陆火星，就地取材发电。相关论文已在国际期刊发表。

“虽然设备还有几十吨重，需要等待大推力火箭，”黄彦平说，“但我相信这一天终会到来。”

团队每天收到多份合作咨询，甚至有人想一次性订购百套设备。“这让我们既兴奋又清醒，”黄彦平坦言，“产业链还不完善，年产能仅5到10台，大规模商业化路还长，但方向是明确的。”

十六年坚守，黄彦平最深的感悟是：“科研工作者要敢于走出舒适区。科学家精神，是在空白中寻‘界’的执着，是在封锁中破‘阻’的勇气，是在枯燥中补‘缺’的坚守，是在风险中落地的担当。”

他这辈子就想做好一件事：让曾经被视为“温室气体”的二氧化碳，真正成为照亮未来的清洁动力。当全球还在为减排目标争论时，中国科学家用硬核科技给出了方案。

“未来我们呼吸的每一口空气，都可能参与点亮城市灯火。”黄彦平说，“而我更希望，未来有更多科研人愿坐冷板凳，更多企业愿冒风险，更多公众能建立科技自信——不再一看到新技术就问‘国外有没有’。相信中国科研人能在更多前沿领域，走出自己的创新之路。”

采访手记

黄彦平一口武汉腔的普通话，语速飞快。眼光明亮。他全无大科学家的架子，谈及勇闯超临界二氧化碳发电这一科研无人区，他不喊口号，坦率得很。一句“太难了”，道尽其中艰辛。这份务实，格外可爱。面对科学质疑，他会理性讨论，但有人说“这项技术外国人都没做成，凭什么你们就行”，他的脾气就上来了，他说，这种错误老观念，必须改改了。

他反感蝇营狗苟的人，更反感不钻科研、只图私利的态度。他坚信，做学问要纯粹，要简单。想太多，就不敢冲了。当初投身这片科研无人区，靠的就是一个念头，一份多年科研沉淀的直觉。同时，他心中始终绷着一根弦，紧迫感极强。他反复叮嘱团队，不能因眼前的成功松懈。必须保持领先，要比国际同行领先五年，甚至更久。

他深谙，科技竞争逆水行舟，不进则退。唯有居安思危、未雨绸缪，才能守住来之不易的阵地。

中国科协之声访谈编辑 刘炎迅