封面报道 | 绿色燃料是个短暂风口么？

文/本刊记者 范珊珊

绿色燃料短期内很难大规模替代石油。这是一个渐进的替代过程，不是一次性的能源革命。

在“双碳”目标深入推进的关键节点，绿色燃料正加速从战略愿景走向产业现实。二氧化碳，这一长期被视为排放负担的工业废气，正在一批兼具科学积累与工程定力的创业者手中完成一场静悄悄的身份转变——从废气变成可循环利用的碳资源，从碳排放的终点变成绿色燃料产业链的起点。

碳能科技（北京）有限公司（以下简称“碳能科技”）正是这一转变的重要推动者之一。2015年由斯坦福大学化学博士、天津大学化工学院长聘教授康鹏创立，历经十年深耕，这家国家级专精特新“小巨人”企业已在电化学CO₂捕集利用（eCCU）、绿氢制备核心材料、电化学长时储能等领域形成系统性技术积累，构建起了碳能、氢能、储能三能并举的战略格局。

其研发的国际首台CO₂电解制合成气中试装置、全球首个完成真实海洋工况验证的eDOC技术、全球首条CO₂到液体燃油中试电化学转化路线，均代表了该技术方向上0到1的原始突破。

值此“十五五”开局之年，《能源》杂志就核心技术原点、产学研转化路径、行业格局判断与未来战略规划，对碳能科技创始人康鹏进行了专访。

01

0到1的原始突破

《能源》：二氧化碳是绿色甲醇生产的重要原料。eCCU技术是碳能科技的核心，能否详细说明这项技术在绿色甲醇等燃料生产中的具体应用？相比传统CCUS路线，其在碳利用率、能耗及成本上的优势如何量化？

康鹏：eCCU的工作原理可以用一句话描述：以CO₂和水为原料，在绿电驱动下，通过催化剂在电解反应器阴极将CO₂还原为合成气（CO+H₂），阳极同步氧化水产生O₂，合成气经费托合成路线进一步转化为甲醇、合成油或SAF。

关键的差异化在“一体化”这三个字上。传统CCUS的碳利用路线，需要先用胺液溶剂从烟气中吸收CO₂，加热到120℃以上进行热再生，才能得到高浓度CO₂送去利用。这个再生环节是整个流程能耗的大头。每吨CO₂捕集能耗约2.2至2.6GJ。我们的方案是用电化学方法直接在电解液中捕集CO₂，驱动力是电能而非热能，捕集和转化同步完成，能量效率较国际主流技术提升35%以上，且无须加热设备，初始投资显著降低。

技术指标方面，目前我们单堆CO₂处理规模可达50至2000吨/年，适用CO₂浓度10%至100%，合成气电耗不超过6.5kWh/Nm³，电极使用寿命5至7年，合成气氢碳比可在3:1至1:4区间调节，适配不同下游转化需求。催化剂可稳定运行超8000小时。这个稳定性指标超越国际同类技术2至3倍——后者通常在2000至3000小时就明显衰减。

技术的边界条件在哪里？目前最大的制约是电耗。每标准立方米合成气6.5千瓦时电，在工业绿电价格仍然偏高的地区，经济性还不如化石能源路线。随着技术的发展，这个能耗在逐步降低：实验室可以做到6.0千瓦时电，3-5年内有望达到5.5千瓦时电左右。我们的路径判断是：随着西部地区风光绿电价格的持续下行，这个经济性翻转点正在快速接近——不是二十年后，而是“十五五”期间就有望在部分场景实现。

《能源》：绿色燃料产业当前最大的瓶颈，被普遍认为是成本和风光的波动与化工生产连续性的适配。碳能科技有哪些技术可以解决以上的问题？

康鹏：要谈绿色燃料的成本，就必须先谈绿氢的成本。因为绿氢是这条产业链上最重要的能量载体之一。而要谈绿氢的成本，就必须谈制氢电解槽的核心材料——隔膜。这是一个长期被国外企业垄断的“卡脖子”环节，也是我们重点投入的突破方向。

在我们切入这个领域之前，国内碱性电解槽所用的高性能复合隔膜，几乎全部依赖进口，核心供应商集中在少数几家欧洲和日本企业，单价高、交货周期长、技术条款苛刻。更致命的是，上一代PPS隔膜都是针对稳定工况设计的，根本无法适配风电、光电这类间歇性波动能源——而绿色燃料的制备恰恰必须耦合波动绿电。这个矛盾，目前产品给不了答案。

我们自主研发的Zirmbrane®系列碱性电解水制氢复合隔膜，是目前国内唯一实现2.5米大宽幅量产的同类产品，也是全球首个在这一宽幅规格上完成量产的制氢核心材料。在核心性能指标上，小室电压较上一代主流产品降低0.15～0.2V，泡点压力突破0.3MPa，室温面电阻不超过0.3Ω·cm²，使用寿命可达10年以上，成本降至600元以内——这在国产化之前是不可想象的价格水平。国产化之后，单位制氢成本较上一代材料路线降低约10%～15%，电解槽制造成本可降低30%，直接改变了绿氢的经济性方程。

但我认为更重要的突破，是我们自主研发的Zirmbrane®3D三维复合隔膜——这是国内唯一、全球范围内首创的结构性创新。传统复合隔膜采用二维平面层叠结构，与国内主流电解槽槽体的匹配度较差，装配条件要求高，长期挤压运行中容易出现粉体脱落。我们基于第一性原理，重新设计了隔膜的微观架构：Zirmbrane®3D采用类似鸟巢的三维交织一体化结构，将有机聚合物、陶瓷粉体与内衬支撑体深度融合，形成立体互穿网络。这个结构带来了几个传统隔膜做不到的性能。

第一，与国产电解槽的匹配度显著提升，装配贴合度更好，电阻损失更低。第二，抗挤压和耐折裂性能大幅增强——弯折次数达千次不开裂，磨损率低，在电解槽长期运行的冲刷和压力环境下，结构完整性远优于传统隔膜。第三，也是最关键的一点：三维结构赋予了隔膜在大幅波动电流下的瞬时响应性和氢氧安全性，可以真正适配风电、光电等间歇性绿电，在2000到10000A/m²的宽电流密度区间内保持着稳定的电解性能，将“波动绿电制绿氢”从理论变成了工程现实。

02

eDOC与SAF：下一个战略方向

《能源》：eDOC海洋碳捕集技术与可持续航空燃料（SAF）的结合，被认为是一条真正可以实现碳负排放的路线。目前进展如何？这条路线的商业化逻辑是什么？

康鹏：eDOC与SAF的结合，在技术逻辑上是非常干净的一条链路：从海洋提取CO₂→电解制合成气→费托合成SAF，原料来自海水和可再生电力，全程无化石燃料输入，理论上可以实现真正的碳负排放，而不只是“低碳”。

技术进展上，海洋端2025年完成南海规模化海试，实现了与海上风电的耦合运行。这是这条链路的前端验证。合成气到SAF这一段，我们目前正在推进中试项目的系统设计，计划2026年底在广东建成“绿电耦合海洋碳捕集利用与合成SAF”一体化示范平台，完成全链条的连续运行验证。

商业化逻辑来自两个方向的推力。一方面，全球SAF需求在快速增长。国际航空运输协会预测2030年全球SAF需求超过1800万吨，而目前产量不足总需求的1%，供给缺口极大。另一方面，海洋碳信用正在形成一个新兴市场。eDOC捕集的CO₂与空气绿碳本质同源，可以获得蓝碳信用，额外的碳收益可以显著改善整个项目的经济性。eDOC加上SAF销售，是一个双重收益结构。这在经济性上比纯电制SAF项目更具韧性。

当然，我要客观地说，eDOC到大规模商业化仍然有相当的路要走——MRV（监测、报告、核查）体系的建立、海洋环境影响评估的监管框架，以及eDOC+SAF集成系统的工程放大，每一项都需要时间。我们的判断是：这是“十五五”期间完成中试和商业化早期布局的方向，不是今年就能拿到大规模订单的方向。

03

“十五五”：把握政策窗口期

《能源》：“十五五”期间，国家加快推进绿色燃料产业布局。碳能科技如何把握这一政策窗口，在eCCU等关键技术的产业化和规模化扩张上实现跨越？

康鹏：“十五五”对碳能科技而言是一个规模跃迁窗口，但我不认为政策机遇本身就是我们的优势——政策对所有参与者一视同仁。我们的核心战略是：用已有的工程验证数据，在这个窗口期内完成从“技术可行”到“经济可行”的跨越。

具体动作上，最重要的是西北布局的绿电直连万吨级CO₂电解制甲醇项目，计划2027年开工建设。这个项目的意义不仅是规模的突破，而且是一个在化工主流场景内验证商业模式的标志性节点，未来将逐步扩展到10万吨级乃至百万吨级。

第二个方向是Zirmbrane®复合隔膜的国际化。我们已于2023年与日本高化学株式会社达成战略合作，并在2025年进一步成立合资公司。中国的绿色氢能技术在国际上初步具备竞争力，但国际市场拓展需要时间和合规投入。这条线是长期布局，不是短期收入驱动的。

我对“十五五”机遇的总体判断是：这个时间窗口是真实的，但也是短暂的。对碳能科技而言，最重要的事情不是融入政策热点叙事，而是用更多的工业数据说话。运行数据是这个行业里唯一真实的护城河。

《能源》：从更长远的角度看，绿色燃料替代石油进口、保障能源安全这个目标，技术上的关键约束究竟在哪里？碳能科技能在多大程度上参与这个替代进程？

康鹏：这是一个需要分层回答的问题。替代石油进口不是单一技术能解决的，它需要绿电成本、碳利用技术、燃料分发基础设施、政策激励四个层面同步就位。

从纯技术角度，我认为当前最重要的约束不是转化技术——eCCU和费托合成的技术路线已经被验证——而是绿电成本和规模。我国西部地区风光绿电的发电成本已经降到非常有竞争力的水平，但输送、消纳、调峰仍然存在瓶颈，导致大量绿电无法有效利用。绿色燃料恰好可以成为绿电就地消纳的载体——在风光资源丰富的地区，利用过剩绿电把当地工业CO₂排放转化为绿色甲醇或合成燃料，再通过现有的管道和运输网络分发到用能端。

这个逻辑不依赖新建大规模输电基础设施，与现有化工和能源体系的兼容性很高。碳能科技能参与的部分，是这条链路中的核心转化环节：CO₂电解技术和绿氢制备技术。按我们当前的技术迭代路径，2030年前，我们的目标是在CO₂电化学转化这个单点上，把单位能耗降到足以在西部绿电价格条件下实现正向经济性。这不是愿景，是有具体技术路线图支撑的目标。

我想对一种常见的乐观叙事泼一盆冷水：绿色燃料"大规模替代石油"不会在十年内快速发生。这不是技术问题，而是产业规模和基础设施问题。但局部替代——在特定场景（航空、海运、化工原料）、特定区域（绿电廉价的西部）、特定应用（高附加值绿氨、绿醇、SAF）——可以在五年内看到较真实的经济性。这是一个渐进的替代过程，不是一次突变性的能源革命。

欢迎投稿，联系邮箱

tg@inengyuan.com

中办国办重磅发文：

节能降碳进入“硬约束”时代