包信和讲述未来能源的底层逻辑

“想办法让报告不枯燥，我花了很大力气。”9月24日，在第十五期“浦江科学大师讲坛”现场，中国科学院院士、复旦大学未来能源高等研究院院长包信和的开场白颇为幽默。

包信和以“催化能源革命：重塑零碳未来的分子基础”为题，为现场师生揭开了能源变革的底层逻辑。

包信和 院士 复旦大学供图

回顾学术生涯与工作经历，包信和最大的感悟就是“每个人的成长都与国家的发展休戚与共”。个人需要筑牢基础，顺应时代之势，投身国家有重大需求的行业领域，扎实地进行研究工作。

能源方向，就是包信和深耕数十年的研究领域。

我国石油对外依存度高达约73%，天然气达约45%。这意味着，我们的能源饭碗，很大程度上端在别人手里。他指出，构建新型绿色低碳能源体系，不仅是“双碳”目标的需求，更是国家安全的战略底线。

包信和认为，未来绿色低碳能源体系的底层逻辑是化石燃料驱动转化为可再生电力驱动，基本结构是可再生能源转化为电力、电气化与分子燃料。催化科学，则为能源体系从化石能源主导向可再生能源跨越转型，提供了核心科学支撑。

“化学反应像爬一座高山，普通人爬不上去。催化做的事，就是把高山挖成几个矮山头，让反应更容易翻过去。”包信和形象地解释。

他多年研究的“纳米限域催化”，就是“挖山”的过程。基于相关原理，团队发明了OXZEO技术，实现了煤基合成气一步制低碳烯烃。反应过程中，氧化物组分负责活化一氧化碳和氢气，分子筛组分用规整孔道控制碳链增长。合成气可以一步变成低碳烯烃，绕开ASF天花板，低碳烯烃单程选择性突破80%，甲烷副产可以低于2%，水耗减少60%以上。

2020年，团队与陕西延长石油合作，建成了世界首套千吨级工业试验装置。包信和强调：“成果转化要面向需求，不是先做出成果再找市场，而是研发初期就明确企业需要什么，让合作方全程参与。”

包信和描绘的未来能源图景，是一个“电子与分子”共舞的时代。电力将成为主体，但氢气难储运，因此需要将其转化为甲醇、氨等“分子燃料”。

他特别强调“先立后破”——先立起可再生能源的“大厦”，再逐步破除对化石能源的依赖。在这个过程中，催化科学不是要立刻“消灭”煤炭，而是要让煤炭的利用方式发生质变，即从“烧煤”变成“分子炼煤”。

“催化剂就像一把剪刀。”包信和表示，可以直接把煤剪成有用的化学品，而不是先把它烧成一氧化碳再重组。甚至利用高温等离子体，未来可以直接把煤变成乙炔，这个过程理论上不产生二氧化碳，也不耗水。

目前，包信和正在带领研究院与合作单位共建国家级未来能源中试基地，建设人工智能（AI）自驱动催化创新实验室，并正在申请催化概念验证中心——重点解决从毫克到公斤级的催化剂制备与验证，填补实验室与工业界之间的“死亡之谷”。

面对AI给科学研究带来的挑战，包信和认为，AI虽能快速获取知识，但创新源于人脑对知识的内化与重组。只有具备扎实的基础知识和领域结构认知，才能有效利用AI进行批判性思考和原创性研究。

此外，AI for Science赋能催化研究也拥有许多新的方向。从基于AI和数据驱动的催化剂精准设计与制备，到AI和大数据融合辅助的结构表征和机理反演，再到AI赋能催化过程开发，“AI+催化”研究的未来可期。