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|何鸣元院士详解：等级孔材料与绿色碳科学( 二 )


NSR：作为绿色碳科学研究的先行者 ， 您能概述一下绿色碳科学的内涵吗？
何鸣元：
绿色碳科学这个概念最早是由孙予罕教授、韩布兴教授和我本人共同提出的 ， 在2010年第15届全国催化学术会议上以大会报告的形式展现 ， 并在一篇学术论文中进行了总结（Angew Chem Int Ed 2013; 52: 9620-9630） 。
碳是生命、社会和工业的关键元素 。 碳能源对人类社会可预见的未来极为重要 ， 对我国的能源战略也尤为重要 。
我们应当意识到 ， 适当存在的二氧化碳和温室效应对地球上的生命是必要的 。 因此 ， 平衡和再循环是关于二氧化碳和温室效应的关键因素 。 碳、氢、氧是构成碳能源的三大化学元素 。 碳能利用和碳平衡的实现是基于氧化还原的化学原理 。
因此 ， 作为一种自然规律 ， 等级性是碳能源的一个特征 。 在氢、碳、氧的三元化学组成中 ， 如果以碳能量为衡量标准 ， 可以将不同的碳资源从碳氢化合物到碳氧化合物排列为：天然气、石油、煤炭、生物质和二氧化碳 。
绿色可持续化学已被证明在解决世界能源的三元制约难题（可持续发展—能源—环境）中发挥着创造性的作用 。 如果我们用“碳能源”取代“能源” ， 用“二氧化碳”取代“环境” ，那么就产生了一个全新的概念——“绿色碳科学” ， 它将更精准地关注“可持续发展—碳能源—二氧化碳”这个三元制约难题 。
可持续发展是人类社会面临的一个巨大挑战 。 提高碳资源利用和碳循环的效率 ， 能帮助我们应对这一挑战 。 高效转化和利用化石能源、生物质和二氧化碳 ， 同时尽量减少能耗和二氧化碳排放 ， 都是至关重要的 。
因此 ， 绿色碳科学旨在通过研究和优化含碳化合物的转化以及与其相关的整个碳循环过程 ， 包括碳资源加工、碳能利用、二氧化碳固定和碳循环 ， 及其间碳化学键的演变等 ， 来实现碳资源的高效利用和二氧化碳净排放的最小化 。
此外 ， 要实现社会的可持续发展 ， 化学上可行和有效的措施是高效利用有限的化石能源 ， 并开发大规模将生物质转化为燃料和高附加值化学品的生产工艺 。
NSR：在绿色碳科学领域 ， 您最喜欢的研究课题是什么？
何鸣元：
人们普遍认为 ， 太阳能是人类的终极能源 。 我对绿色碳科学在太阳能利用中能发挥多大作用非常感兴趣 。 绿色碳科学中的一个重要课题是生物质转化 。
碳资源的高效利用、碳减排和碳循环已经成为战略研究的重点和社会面临的重大挑战 。 化石能源的加工利用和生物质转化已经得到广泛研究 。
目前 ， 我们使用的燃料和能量大多来自不可再生的化石资源 。 人类的一个重要目标是实现可持续发展 ， 生物质则是一种储量丰富的可再生碳资源 ， 开发生物质转化将会是解决这一问题的有效途径 。
NSR：绿色碳科学领域目前面临的主要挑战有哪些？
何鸣元：
目前 ， 很多生物质转化的途径虽然在技术上是可行的 ， 但非常不经济 ， 需要进一步改进生产工艺 ， 以实现高效、低能耗的大规模生产 。
此外 ， 生物质独特的结构为设计和生产新的化学品提供了巨大的机会 。 我们应该致力于设计新的合成策略 ， 在尽可能保持原料化学结构的基础上 ， 制备具有所需性质的产物 。 这样,我们才能低能耗地生产所需要的产物 。
目前 ， 很多新的有价值的产物无法由化石资源来制备 ， 预计将来有可能由生物质来制备 。
【等级孔材料与绿色碳科学】
NSR：等级孔材料对推动绿色碳科学的发展是否有重要的意义？
何鸣元：
是的 ， 等级孔材料在绿色碳科学的发展中发挥了非常重要的作用 。 刚才提到 ， 当前人类使用的燃料和能量大多来自化石能源 。 而且 ， 在可预见的未来 ， 化石能源仍将是人类最主要的能量来源 。
高效利用有限的石油资源尤其重要 ， 因为我们目前还没有可替代的资源和技术来提供人类所需的如此大量的液态输送的燃料 。


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