1月17日，欧盟太阳能制燃料与化学品研究和创新联盟SUNERGY发布《战略研究与创新议程》^[1]，提出欧盟在太阳能制燃料和化学品技术领域的关键技术、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。

一、优先发展的关键技术

1、太阳能两步转化为燃料/化学品。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媒介，进一步生产可再生燃料和化学品。重点发展的技术包括：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；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。

2、太阳能直接转化为燃料/化学品。该技术以二氧化碳、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：光（电）化学催化系统；生物和生物混合系统。

3、关键使能技术

（1）纳米到宏观尺度的能量转化。包括：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；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；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；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；开发人工光合作用新概念，以推进开发下一代分散式能量转换系统；开发先进的产品分离、净化和收集技术。

（2）能源系统。包括：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；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：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；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，形成有益的社会影响。

二、阶段性发展目标

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，操作条件更温和，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，实现利用太阳能将二氧化碳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，助力建立碳中性循环经济和气候中性交通，大规模部署经济高效的负碳技术。

三、技术研发需求

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。中短期内（到2030年），将E-fuels技术推向市场，并实现经济可行和可持续，主要包括：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；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；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9个方面：系统集成/工艺优化，以提高产量并最小化能源和资源需求；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的正确应用规模；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；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；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换过程的最佳组合，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；确保可持续的二氧化碳供应，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捕集的二氧化碳释放用于催化时导致的高成本，将二氧化碳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DAC与转化过程集成在一个装置中；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、混合热化学循环等，以及太阳能热化学氧化还原循环等无需使用电力的过程；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；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散式生产

（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，以实现到本世纪下半叶建立一个可行的太阳能燃料产业。

（2）研发需求。包括两个方面：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、开发基于资源富集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，能够处理不同二氧化碳浓度的原料，在抗毒性和产品选择性方面具有优势，并可将合成智能材料与微生物结合以实现复杂的碳化学。重点实现如下突破：水和二氧化碳原料的多样化，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二氧化碳原料的使用；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。             （岳芳）