碳是生命、社會(huì)和工業(yè)的關(guān)鍵元素。碳能源對(duì)人類(lèi)社會(huì)可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)極為重要，對(duì)我國(guó)的能源戰(zhàn)略也尤為重要。千禧年之后，中國(guó)在全球綠色植被凈增加方面取得卓越成就。2005至2020年期間，中國(guó)GDP總量翻了五番，單位GDP二氧化碳排放量下降了75%，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。

碳創(chuàng)造了文明，對(duì)人類(lèi)的生存和發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，是構(gòu)成地球上生物的重要元素。我們應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，適當(dāng)存在的二氧化碳和溫室效應(yīng)對(duì)地球上的生命是必要的。因此，平衡和循環(huán)是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵因素。綠色可持續(xù)化學(xué)已被證明在解決世界能源的三元制約難題（可持續(xù)發(fā)展—能源—環(huán)境）中發(fā)揮著創(chuàng)造性的作用。如果我們用“碳能源”取代“能源”，用“二氧化碳”取代“環(huán)境”，那么就產(chǎn)生了一個(gè)全新的概念——“綠色碳科學(xué)”，它將更精準(zhǔn)地關(guān)注“可持續(xù)發(fā)展—碳能源—二氧化碳”這個(gè)三元制約難題。綠色碳科學(xué)，即含碳物質(zhì)能源利用時(shí)從碳資源加工、碳能源利用、碳固定，到碳循環(huán)全過(guò)程所涉及的碳化學(xué)鍵演變規(guī)律及其基于原子經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化，就是以平衡、循環(huán)為出發(fā)點(diǎn)的一種科學(xué)理念。

碳、氫、氧是構(gòu)成碳能源的三大化學(xué)元素。碳能利用和碳平衡的實(shí)現(xiàn)是基于氧化還原的化學(xué)原理。綠色碳科學(xué)以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)三元素的化學(xué)循環(huán)，可概括為四個(gè)范疇：第一，化石能源轉(zhuǎn)化的低碳過(guò)程，包括煤、石油、天然氣在內(nèi)的化石能源的低碳化加工；第二，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化，包括水解、發(fā)酵等手段強(qiáng)化生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用；第三，二氧化碳化學(xué)轉(zhuǎn)化，將化石燃料使用過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳通過(guò)熱/電/光催化等手段轉(zhuǎn)化成化學(xué)品；第四，二氧化碳化學(xué)/生態(tài)轉(zhuǎn)化，包括光合及人工光合作用，促進(jìn)二氧化碳的再循環(huán)。

盡管聯(lián)合國(guó)倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展理念，但在未來(lái)40至50年內(nèi)，煤、石油、天然氣等仍將是主要的一次能源。碳資源的高效利用、碳減排和碳循環(huán)已經(jīng)成為能源與環(huán)境安全戰(zhàn)略研究的重點(diǎn)和社會(huì)面臨的重大挑戰(zhàn)。高效轉(zhuǎn)化和利用化石能源及排放的二氧化碳能幫助我們應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。此外，生物質(zhì)則是一種儲(chǔ)量豐富的可再生碳資源，開(kāi)發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化將會(huì)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。因此，綠色碳科學(xué)通過(guò)研究和優(yōu)化含碳化合物的轉(zhuǎn)化以及與其相關(guān)的整個(gè)碳循環(huán)過(guò)程，包括碳資源加工、碳能利用、二氧化碳固定和碳循環(huán)，及其間碳化學(xué)鍵的演變等，來(lái)實(shí)現(xiàn)碳資源的高效利用和二氧化碳凈排放的最小化。

本文原載于2023《大國(guó)重器 降碳增綠》全國(guó)兩會(huì)專(zhuān)刊

責(zé)編/柯欣