我的“十四五”丨把二氧化碳当宝贝，张信荣的零碳攻关路

（来源：中国环境网）

转自：中国环境网

在北京大学新奥工学大楼的实验室里，CO2热科学实验装置的指示灯不停闪烁，屏幕上跳动的温度、压力等参数，正勾勒着零碳能源系统的鲜活脉络。北京大学力学与工程科学学院教授张信荣站在实验台前，指尖轻触操作台。回望“十四五”五年攻关路——从冬奥“冰丝带”的冰面之上，到机场、煤矿、城市楼宇的零碳能源系统之中，他与团队追着CO2“跑”了五年，让这一被视作温室气体的物质，化作零碳能源的核心能量载体，在一个个“卡脖子”难题的突破中，见证着中国碳中和技术从自主创新到行业引领的坚实步伐。

在实验室的张信荣。

张信荣的“十四五”，是与天然工质CO2深度相伴的五年，更是让基础热科学研究扎根国家“双碳”战略、对接国家和地方重大工程需求的五年。他常说：“别人关注碳减排，我们致力于把CO2当成‘资源’或‘宝贝’来用。”

让CO2成为零碳能源技术的“核心原料”

2022年北京冬奥会筹备期间，国家速滑馆“冰丝带”的制冰技术攻关，成为张信荣难忘的回忆。他第一个提出在北京冬奥制冰场利用天然工质CO2替代氟利昂。彼时，CO2跨临界直冷制冰技术在国内大型场馆应用尚属空白，国外技术壁垒高筑，而满足冬奥赛事对冰面温差≤0.5℃的严苛要求，更是让这项攻关如同“在针尖上跳舞”。

没有经验可循，就自己闯出一条路。张信荣科研团队和工程设计、建造团队密切配合，针对CO2跨临界系统构建、制冰换热及能效提升等技术难点，团队逐一拆解问题、创新结构设计。在无数次试验与改进后，终于打造出冬奥史上“最快、最环保的冰”——冰面温差精准控制在0.5℃以内，系统能耗较传统方式降低30%以上，余热还可回收用于场馆采暖及热水供应，真正践行了绿色冬奥理念。

这一技术成果也成为“十四五”我国天然工质制冷技术产业化的重要起点，之后快速走进全国多地的冰雪场馆、冷链物流基地，彻底打破了国外在高端制冰技术上的垄断。

“把温室气体变废为宝，让CO2成为零碳能源技术的‘核心原料’”是张信荣坚持的目标，也是他和团队五年攻关的不变方向。“十四五”期间，他们不断拓展对CO2技术的认知与应用边界。

在工业领域，张信荣于2005年首次提出中低温热源跨临界CO2发电循环，率先打破了超临界CO2循环仅适用于具有中高温热源等电站的固有认知，定义并实践了“中低温、跨临界”的中低温热能利用新路径，为后续中低温热源超临界CO2发电技术的发展奠定重要基础，构建了现代超临界CO2发电循环的技术起源。

在此基础上，团队围绕超临界CO2发电技术的关键科学问题持续攻关。依托国家重点研发计划和国防科工等项目，系统揭示近临界流体强变物性高效传热机理及其在极端热边界下的对流表现，形成面向第三代太阳能/废热热发电关键部件以及高温发汗冷却关键技术的理论机制和应用模型，有力支撑最新一代超临界CO2发电技术的突破和落地，助力我国高效清洁发电领域迈向“原创引领”时代。

将CO2这一天然工质融入各行各业的碳中和实践

在重大工程的舞台上，CO2技术的创新成果也持续绽放光彩。

作为北京大学鄂尔多斯能源研究院首席科学家，张信荣牵头打造的零碳机场项目，攻坚难度丝毫不亚于冬奥制冰技术开发。针对机场复杂的建筑关系和用能需求，张信荣带着团队从零开始自主探索，开启了“白加黑”的攻关模式。白天，他们在机房盯着系统的每一次调试，观察温度变化，优化系统布局，哪怕一个阀门的参数偏差，都要揪出来反复校准；夜晚，回到实验室，通过理论模拟与热力学分析，不断优化循环方案，常常工作到深夜。

经过三年的摸爬滚打，他们打造出全球首个从源头到使用全链路零碳的机场能源系统，创新构建了“风—光—储—冷—热—电”一体化零碳能源技术体系。研发出大型化宽温域、多源跨临界CO2冷热系统，跨季节蓄采地源系统等核心技术，全面取代了燃气锅炉与氟利昂制冷机组；开发“零碳芯片”，通过智慧化能源管控系统，实现全场能源供需的实时预测与优化。这项以CO2冷热一体化为核心的“风光储冷热电零碳能源技术”，构建起全流程零碳供能体系，让机场的供暖、制冷、供电全部实现绿色清洁，削减绿电装机容量60%，减少碳排放超过95%，被中国交通运输协会专家评价为“整体技术达到国际领先水平”。

张信荣带领团队在传统工业领域也蹚出了一条宝贵的零碳之路。安徽淮南有很多深达千米的煤矿，井下高温高湿需要大量制冷，而井上矿井废水处理、煤粉干燥又有大量热需求。传统做法都是采用氟利昂冷水机组在井下制冷，同时烧煤解决热需求，不仅制冷效果差，能源浪费也很严重。张信荣团队首创煤矿“CO2制冷—除湿—水处理—供热—动力”五位一体系统，攻克深地无动力新循环、环境协同降温除湿新方法、多参数耦合复杂系统调控优化新策略等世界级科学技术难题，相较于常规井下降温技术节能60%以上，实现了矿井能源循环利用与近零排放，破解了我国深层采矿的关键制约性难题，为全球传统高耗能行业低碳化改造提供了中国技术范本。

此外，在数据中心冷却、建筑节能、新能源装备等领域，团队研发的CO2相关技术也相继落地，让这一天然工质，真正开始融入各行各业的碳中和实践。

碳中和事业需要一代又一代人接续努力

张信荣不仅是科研攻关的带头人，也是青年人才的培育者。作为博士生导师，他坚持把学生带到工程一线，在真实项目中提升理论思考与实践能力。他鼓励学生大胆探索、不怕试错，在他的悉心指导下，一批青年科研骨干快速成长，成为碳中和领域的新生力量。

“碳中和事业不是一个人的战斗，需要一代又一代人接续努力，培养好青年人才，就是为这项事业筑牢根基。”张信荣如是说。

岁月不负耕耘，五年攻关结出累累硕果。张信荣团队在CO2热科学领域发表高水平论文180余篇，授权专利100余项，多项成果达到国际领先水平。我国天然工质热科学研究与产业化应用，也在这五年间实现了从跟跑到并跑、部分领域领跑的跨越，为国家“双碳”目标的实现提供了关键技术支撑，更在国际舞台上，发出了中国碳中和技术创新的响亮声音，走出了属于中国人自己的零碳能源技术之路。

站在新起点上，实验室的科研探索仍在继续，张信荣的指尖依旧执着于每一个参数的测量与优化，心中怀揣着对绿色能源的热爱，目光投向了更远的未来。他和团队将向AI智算中心、跨季节储能、聚变堆热管理等前沿方向迈进，推动关键材料与先进技术深度融合、同频创新，以永不止步的科研初心，为我国能源绿色转型持续贡献力量。让CO2作为“宝贝”，在更多场景里发挥更大的作用。