2026年4月16日，深圳大學(xué)謝和平院士團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊Energy Reviews發(fā)表了題為“Towards Zero-carbon-emission Direct Coal Fuel Cells for Power Generation”重點(diǎn)專(zhuān)題文章。首次構(gòu)建了近零碳排放直接煤燃料電池（ZC-DCFC）這一煤炭發(fā)電全新原理技術(shù)及實(shí)施策略與核心技術(shù)架構(gòu)，系統(tǒng)闡述了ZC-DCFC在燃料處理、關(guān)鍵材料開(kāi)發(fā)、單電池與電堆設(shè)計(jì)、原位零碳轉(zhuǎn)化等核心環(huán)節(jié)的技術(shù)挑戰(zhàn)與攻關(guān)路徑，并圍繞ZC-DCFC電堆規(guī)?；?、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、碳轉(zhuǎn)化效率、系統(tǒng)集成及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了深入分析與展望。該工作為解決傳統(tǒng)燃煤發(fā)電高排放、低效率瓶頸提供了新思路，助力破解全球煤炭發(fā)電碳排放難題。
當(dāng)前，碳中和已成為國(guó)際共識(shí)。然而，受區(qū)域發(fā)展歷程、資源稟賦差異，以及新能源間歇波動(dòng)性因素制約，煤炭等化石能源仍是全球能源供應(yīng)的基礎(chǔ)，以整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）為代表的燃煤發(fā)電技術(shù)仍占據(jù)主導(dǎo)地位。此類(lèi)技術(shù)受卡諾效率極限的根本制約，能源轉(zhuǎn)化效率約45%，不考慮碳捕集下，平均碳排放強(qiáng)度超800克CO2/千瓦時(shí)，煤炭深度脫碳難以突破。因此，亟需變革傳統(tǒng)燃煤發(fā)電方式，探索清潔、高效、零碳排放的煤炭發(fā)電新技術(shù)。
自2018年起，謝和平院士團(tuán)隊(duì)率先提出了近零碳排放直接煤燃料電池發(fā)電技術(shù)（ZC-DCFC）概念：即煤炭不通過(guò)燃燒，通過(guò)氧化膜實(shí)現(xiàn)電化學(xué)氧化，直接轉(zhuǎn)換成電能，同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)CO2直接催化、轉(zhuǎn)化、礦化、電化等，實(shí)現(xiàn)近零碳排放發(fā)電利用并產(chǎn)生高價(jià)值產(chǎn)物。團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān)，相繼在ZC-DCFC關(guān)鍵高性能材料開(kāi)發(fā)、電池力學(xué)失效機(jī)制與防治、煤燃料活化處理、電極微結(jié)構(gòu)優(yōu)化、CO2近零碳催化/轉(zhuǎn)化/礦化等方面取得了一系列重要進(jìn)展，相關(guān)成果已在Nature、Nature Energy、Nature Communications、Joule、Energy Reviews、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Applied Energy等期刊發(fā)表，獲批國(guó)內(nèi)國(guó)外相關(guān)專(zhuān)利保護(hù)10余項(xiàng)，已列入團(tuán)隊(duì)所在的“深地工程智能建造與健康運(yùn)維全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”重點(diǎn)研究方向（“深地深海深空綠色能源開(kāi)發(fā)”領(lǐng)域）。此外，該技術(shù)獲批面向2035國(guó)家“深地”科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目。在淺部煤炭資源正逐步枯竭的背景下，ZC-DCFC可為深部固體煤炭資源原位流態(tài)化開(kāi)采理念中的“深部煤炭原位電化”關(guān)鍵技術(shù)提供支撐。
未來(lái)，煤炭的低碳零碳清潔利用是平衡全球碳中和目標(biāo)與各國(guó)能源安全自主的關(guān)鍵。本工作所提出的ZC-DCFC原理技術(shù)，有助于突破傳統(tǒng)煤炭發(fā)電利用的固有局限，破解煤炭燃燒發(fā)電的碳排放難題，使煤從本質(zhì)上成為清潔能源，為煤炭零碳高效利用提供全新理論與技術(shù)支撐。
圖1.近零碳排放直接煤燃料電池（ZC-DCFC）原理及技術(shù)架構(gòu)
圖2.近零碳排放直接煤燃料電池（ZC-DCFC）煤炭活化與處理技術(shù)
圖3.近零碳排放直接煤燃料電池（ZC-DCFC）CO2轉(zhuǎn)化路徑示例
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772970226000040
