近日，
欧盟太阳能制燃料和化学品研究与创新联盟SUNERGY发布《战略研究与创新议程》，提出欧盟在太阳能制燃料和化学品领域优先发展的关键技术、阶段性发展目标及研发需求
。SUNERGY是欧盟在“地平线2020”和“地平线欧洲”框架下持续资助的研究和创新公私合作平台，汇集了来自工业界、学术界的专家，重点关注将太阳能直接或间接转化为燃料和化学品的先进技术。关键要点如下：
利用绿色电力生产燃料和化学品是一个多步骤方法，其将可再生电力与合成中间产品（如电解制氢）相结合，然后将中间产品作为富含能量的载体，进一步生产可再生燃料和化学品。重点发展的技术包括：①上游工艺，如电力合成燃料（E-fuels）、太阳能热化学制燃料/化学品、光伏驱动的微生物合成方法；②下游工艺，如费托合成制E-fuels、哈伯-博施制氨、生物途径气体发酵、替代原料制液体燃料。
该技术以CO2、氮气和水为原料，通过综合转换系统实现从太阳能到燃料/化学品的转换，重点探索两种技术：①光（电）化学催化系统；②生物和生物混合系统。
（1）纳米到宏观尺度的能量转化。
包括：①材料创新，通过新概念开发具有高耐用性和能量转换效率的新型材料；②通过多尺度计算模拟支持对新型材料和集成系统的性能表征，从而极大地加快创新进程；③运用统一的知识和方法，有效连接纳米到宏观尺度反应器和装置的设计和优化过程；④通过新型概念设计改进催化材料性能，克服萨巴蒂尔原理限制，实现高效节能的高产率过程；⑤开发人工光合作用新概念，以推进开发下一代分布式能量转换系统；⑥开发先进的产品分离、净化和收集技术。
（2）能源系统。
包括：①将新技术解决方案从实验室规模扩大至工业规模，需综合考虑总体可持续性、资源大规模可用性和经济性；②开发稳健的能源方案，制定可行的基础设施投资计划，实现经济、安全的能源供应。
（3）社会学相关研究。
包括：①生命周期、技术经济和社会影响分析，确保可行的商业模式及社会接纳，并最终建立一个可持续的碳循环经济；②通过社会-技术驱动的发展和利益相关者的定期反馈，推动技术部署和形成有益的社会影响。
到2025年，基于当前电化学工艺，开发出适应目前基础设施和商业模式的创新技术，包括生产氨、碳基燃料及化学品的绿色工艺。
到2030年，开发更颠覆性的方法，即光电化学、光化学、生物和生物混合系统，为减少损失提供技术基础，将太阳能直接转化为化学能，运行条件更温和，过程更简单，对特定产品有更好的选择性，并在许多情况下应用自更新/自修复催化剂。通过太阳能直接转化为燃料/化学品，实现燃料/化学品的集中生产过渡到部分采用分布式生产，并通过发展本地完整价值链促进循环经济。
2030年以后，为负排放技术提供强大的科学和技术基础，实现利用太阳能将CO2高效转化为长效材料，比生物技术使用更少的土地。
到2050年，通过发展太阳能燃料和化学品产业，助力建立碳中和循环经济和交通，大规模部署经济高效的负碳技术。
1、电力合成燃料：可再生能源电力转化为替代燃料和化学品
（1）总体目标。
短中期内（到2030年），将E-fuels技术推向市场，并实现经济可行和可持续发展，主要包括：①示范和验证工业可行性和成本效益，在中试规模实现最大程度减排；②建立本地价值链，确定适用于特定地区的技术和产品最佳组合，最大限度地减少长途运输和存储的成本及安全问题；③明确不同E-fuels技术的转换路线基准，以帮助行业选择最佳技术并降低风险。
（2）研发需求。
包括：①系统集成/工艺优化，以提高产量并最小化能源和资源需求；②工艺放大，如对电催化装置进行快速放大和原型设计，并改进反应器的设计和工程，此外还需确定每种技术合适的应用规模；③优化转化工艺和运行条件，如开发耐用材料以确保电解装置的长期稳定性，提高催化剂性能、优化运行条件和反应器设计以提升产品选择性，提高整个转换链的法拉第效率、材料效率和能源效率；④改进可持续性，需开发不依赖关键材料的电极，或确保关键材料的可回收性；⑤提高电力供应的灵活性，确定波动性可再生能源与传统化学转化过程的最佳组合，可通过非绝热材料和工艺改进热集成，确保在间歇供电条件下获得最佳性能，还结合经济可持续的储能设备（如储热系统）以减小电力供应波动；⑥确保可持续的CO2供应，短中期内将工业源作为碳捕集的主要碳源，长期内需要转向直接空气碳捕集（DAC）技术，需解决的共同挑战是碳捕集再生过程中释放CO2带来的高成本，将CO2捕集过程与电催化过程结合是有潜力的方案，即将用于碳捕集的溶剂同时用作电化学过程的电解质，而长期内可发展直接空气碳捕集与转化（DACC）技术，即将CO2捕集与转化过程集成在一个装置中；⑦利用可再生能源供热，如利用太阳能高温热取代一部分电力，典型技术包括高温蒸汽电解、复合热化学循环等，以及太阳能热化学氧化还原循环等无需使用电力的过程；⑧生物基原料电催化转化，开发从生物基分子直接合成复杂化学品的技术；⑨复杂替代产品的直接合成，短中期内开发基于可再生能源生产简单基础化学品的替代工艺，长期内开发将生物基中间体直接转化为复杂产品的工艺，以避免多步骤方法，提升整体工艺效率。
2、通过太阳能直接转化方法实现燃料和化学品的分布式生产
（1）总体目标。
未来5年内，将该领域技术推进到试点水平；长期内（到2050年）将这些技术推向市场，并实现经济可行和可持续发展，以实现到本世纪下半叶建立一个可行的太阳能燃料产业。
①光化学和光电化学系统。
该技术将各种功能集成在紧凑的装置中，具有在低工作温度下使用经济的薄膜和/或颗粒半导体材料实现高转换效率的潜力，未来5年将通过持续改进效率、耐用性和成本以达到试点水平，重点实现如下科学突破：通过强化光吸收和表面催化作用，实现高转换效率和产率；通过开发具有长载流子寿命的新型化学稳定半导体、开发高资源丰度材料的新型稳定催化剂、应用耐用的材料和表面保护涂层，实现长耐用性和寿命；新型电池设计，如电池的有效整合、方便和节能的产品回收、直接使用反应物而无需先进行浓缩和纯化等；通过电化学工程克服质量输运限制，从实验室装置（数十平方厘米）放大到更大面积的原型装置；通过节约材料（使用非稀缺材料）和简化材料加工，降低制造成本；引入认证实验室，采用已开发的标准化方法，检测类似于光伏的设备效率和稳定性。
②生物和生物混合系统。
该技术基于生物（光）催化剂，可在温和条件下运行，能够处理不同CO2浓度的原料，在抗毒性和产品选择性方面具有优势，并可实现复杂的碳化学。重点实现如下突破：水和CO2原料的多样化，开发水循环利用和使用废水/咸水/海水的技术，探索利用生物催化剂实现对多种浓度CO2原料的转化；显著提高太阳能转换效率和稳定性，通过改进光催化合成途径和酶提升转换效率，以实现工业规模应用。
（声明：本文为中国科学院武汉文献情报中心先进能源科技战略情报研究团队原创。本网站仅转载供学习交流用，严禁用于商业用途，版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们立即删除。）
