“催化的作用就是降低了反应能垒，让原来无法越过的山现在能越过了。”9月24日，中国科学院院士包信和做客复旦大学浦江科学大师讲坛，以“催化能源革命：重塑零碳未来的分子基础”为题，从宏观能源格局讲到微观分子世界，为师生勾勒出一幅从化石能源迈向零碳未来的完整图景。
能源转型的紧迫性与中国路径：从化石能源到绿色低碳的能源新体系
包信和从人类能源史讲起。煤、石油、天然气之所以成为能源，本质上源于碳氢化合物氧化释放的巨大能量，但这些亿万年阳光“积蓄”下来的能量是不可再生的。更严峻的是化石能源带来的温室效应。2015年《巴黎协定》签下之后，全球大多数国家承诺在2050年前后实现碳中和。
而对于中国来讲，实现碳中和的时间表尤其紧张。中国从2030年碳达峰到2060年碳中和只有三十年，且当前人均GDP与发达国家差距明显。“中国主动‘自我加压’背后有四重考量。”包信和强调，一是保障国家能源安全，中国石油、天然气对外依存度分别高达约73%和45%，这使我国能源供应面临巨大外部风险；二是促进经济转型，我国能源结构偏化石能源，传统制造业单位GDP能耗是OECD国家的1.7倍，这也制约了经济的可持续发展；三是推动产业升级,在全球产业链分工中，中国在光伏、锂电池、新能源汽车等新兴产业领域优势显著，光伏和锂电池全球市场占有率均超过70%，新能源汽车出口额突破万亿；四是应对地缘政治挑战,在复杂多变的地缘政治环境下，“双碳”战略也是中国应对挑战、维护国家利益的有力武器。
基于此，包信和谈到，向绿色低碳和可持续的未来能源体系转型，其底层逻辑是从化石燃料驱动变为可再生电力驱动，从而达到绿色低碳。同时，其基本结构也随之发生很大变化，从可再生能源变为电力，再变为电气化加分子燃料。
催化前沿：从“炒菜式”筛选到“纳米限域”的精准调控
能源转型的底层逻辑，是从化石能源转向可再生能源，最终达到近零排放，其科学根基在分子层面，而要实现这一目标，分子催化的发展必不可少。包信和打了个形象的比方：化学反应如同翻越一座高山，催化剂的作用不是改变山顶的高度，而是把大山“挖成几座小丘”，让原本走不通的路径变得可以通行——降低反应能垒，同时决定“下山走哪条路”，即产物的选择性。
传统催化研究像“炒菜”，靠大量试错寻找配方。包信和团队另辟蹊径，提出“纳米限域催化”概念：当催化体系缩小到纳米尺度，电子能级会发生量子化改变，催化剂性能随之剧变。
“催化能够赋能绿色低碳能源体系，但现实的约束也同样存在。”包信和谈到，我国全年生产的绿氢通过催化即便全部制成绿色燃料也仅数百万吨量级，但绿色燃料的需求却高达3亿至4亿吨，因此必须走可再生能源与化石能源融合发展的中国路径——通过二氧化碳捕集与转化、绿氢耦合等技术改造煤化工，生产“不一定是完全绿色、但低碳”的分子燃料，支撑起兼具安全性与可持续性的能源体系。
新工科与基础研究：动手操作和从“1到0”的创新范式
推动绿色能源发展同样离不开人才的培养。包信和在复旦校内建起了“创新工坊”，通过这类实践平台让学生自主操作真实的生产装置，通过不断试错来理解从科研到实际生产的历程。这也恰恰呼应了他长期推动的新工科建设。“最重要的，是让学生动手并动脑，真刀真枪地实践。”包信和说。
从技术的深入探讨到人才的创新培养，包信和认为，创新研究与应用能力正在重新融合。同时，他强调，基础研究并非完全由个人兴趣驱动，在重大应用背景中界定出关键科学问题并探究其规律，同样是基础研究的重要方面。他提出一个深刻命题：“0到1”是基础研究，“1到0”同样是基础研究——从已有应用反向追溯其科学本源，同样是原始创新的重要组成部分。
忠琦配资提示：文章来自网络，不代表本站观点。
