化工过程在未来清洁能源的实现中发挥着核心作用，不仅支持可持续燃料的高效生产与利用，还在提升工业系统整体能效方面具有重要意义。本专题合集由 《自然-能源》与《自然-化学工程》联合策划，汇集了以化工过程为核心的多层级分析，服务于能源转型的相关技术进展。合集内容涵盖三个板块：编辑视角；过程设计（包括过程优化策略与规模化路径）；以及系统层面分析。专题通过探讨化工过程与间歇性能源供应的协同耦合、碳减排策略等关键议题，旨在寻找可规模化实施、可持续具备经济合理性的解决方案路径。这些研究共同表明，能源系统与化工过程交叉领域在全球工程脱碳进程中发挥着关键作用。
学术编辑： James Gallagher （《自然-能源》）； Mo Qiao (《自然-化学工程》)
编辑视角文章合集
文章标题：Chemical processes and the energy system（化工过程与能源系统）
清洁能源的未来有赖于低碳化工过程的有效部署。实现可规模化的解决方案，不仅需要化学层面的创新，也依赖于过程设计与系统层面的深入分析。
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文章标题：Analysis articles in the context of chemical engineering（化学工程视角下的分析类研究文章）
系统层面的研究在推动工程进步中发挥着关键作用。本文从编辑视角出发，探讨“分析类研究文章”这一论文形式在加速系统工程领域科学进展中的独特作用。
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文章标题：The pathway to process scale-up（通向工艺放大的关键路径）
从实验室工艺放大到工业化规模是化学工程的关键环节。本文从编辑视角阐述工艺放大的复杂路径，其重要性不仅体现在现实规模，更在于其所依托的科学基础。
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文章标题：Striking a theoretical balance（实现理论平衡）
化学工艺与系统建模是推动化学工程科学发展的重要途径，我们鼓励相关领域的科学家积极投稿。
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工艺设计、优化与放大论文合集
文章标题：Towards carbon-neutral and clean propulsion in heavy-duty transportation with hydroformylated Fischer–Tropsch fuels（通过羰基化费托燃料实现重型运输领域的碳中和与清洁推进）
为助力清洁交通转型，合成燃料需满足可规模化生产、基础设施兼容性及环境影响等关键标准。作者指出，由优化烷烃–醇混合物组成的羰基化费托燃料在这些指标上表现出良好前景，具备成为候选方案的潜力。
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文章标题：Process and techno-economic analyses of ethylene production by electrochemical reduction of aqueous alkaline carbonates（电化学还原碱性碳酸盐水溶液制备乙烯的工艺及技术经济分析）
基于水溶性碳酸盐的电解乙烯生产工艺仍缺乏系统性认知。本文构建单元操作及完整流程设计，开展规模化技术经济评估，识别关键工艺要求与潜在障碍，并提出实现商业化所需的最低性能基准。
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文章标题：A hybrid modelling approach to compare chemical separation technologies in terms of energy consumption and carbon dioxide emissions（混合建模比较化学分离技术的能耗与碳排放）
降低化学分离过程能耗有助于推动工业脱碳。本文基于数据驱动与第一性原理建模，构建综合比较与筛选化学分离最优技术方案的方法。
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文章标题：Ion-specific phenomena limit energy recovery in forward-biased bipolar membranes（离子特异性现象限制正向偏置双极膜的能量回收）
正向偏置双极膜可通过离子复合过程实现 pH 梯度电化学势回收，在可持续器件中展现应用潜力。本文基于物理建模，阐明离子特异性现象对性能的决定作用，揭示选择性离子管理缓解能量损失的机制，并为下一代 FB-BPM 的合理设计提供理论依据。
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文章标题：Kilowatt-scale solar hydrogen production system using a concentrated integrated photoelectrochemical device（基于光电化学器件集成的千瓦级太阳能制氢系统）
太阳能制氢装置在实验室规模已展现出良好性能，但实际大规模的户外示范仍然有限。本文作者提出了一种热集成的千瓦级试验装置，并在真实环境条件下进行了测试，实现氢气与热能的协同生产。
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文章标题：Accelerating commercial deployment with hydrogen system testbeds（氢能系统试验台助力商业化应用加速）
由可再生能源驱动的千瓦至兆瓦级氢能系统测试平台，可通过提供实证数据支持经济可行性评估，从而降低技术和财务风险，并为商业化规模投资提供决策依据。将这些测试平台设计为可“即插即用” 的灵活新组件或新技术或可有助于推动风险可控的创新应用。
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系统尺度分析论文合集
文章标题：The influence of additionality and time-matching requirements on the emissions from grid-connected hydrogen production（附加性及时间匹配要求对并网制氢的排放影响）
关于电网连接的可再生能源电解制氢何时可被认定为“低碳”仍存在争议。本文作者探讨了附加性要求以及电解槽用电与所签约可再生能源发电之间的时间匹配程度对排放和成本的影响。
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文章标题：Co-production of steel and chemicals to mitigate hard-to-abate carbon emissions（钢铁与化学品联合生产助力工业减碳）
实现净零排放需要攻克难以减排的行业。钢铁与化工协同生产可利用钢铁制造副产气提取氢气和一氧化碳用于化学合成，为两行业减排提供潜在途径。本文评估在中国开展该协同生产的碳减排潜力及成本。
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文章标题：Large-scale spatially explicit analysis of carbon capture at cellulosic biorefineries（纤维素生物炼制碳捕集的大规模空间显式分析）
美国中西部是纤维素生物燃料生产的潜在优势区域，但土地相关决策、生物炼制生产设计与碳捕集集成之间的相互作用仍需深入理解。O’Neill 等人采用精细尺度的空间显式建模，分析该区域此类燃料的成本及温室气体减排潜力。
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文章标题：Cost efficiency versus energy utilization in green ammonia production from intermittent renewable energy（间歇性可再生能源驱动绿色合成氨的成本效率—能源利用权衡）
通过“电力转化为多元能源载体”（Power-to-X）路径实现化学品合成被认为是实现净零排放目标的关键途径之一，但其发展受限于设计如何设计能够适应间歇性可再生能源供能特性的化工过程。本文评估了利用间歇性能源所产生的真实成本，并揭示了能源弃用的经济驱动因素。
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文章标题：The green hydrogen ambition and implementation gap（绿色氢能目标与实施差距）
绿色氢能对于难以电气化的行业至关重要，但面临经济阻力。Odenweller和Ueckerdt量化了绿色氢能的目标与实施差距，表明实现预期仍将充满挑战且成本高昂。
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文章标题：Redesigning electrification of China’s ammonia and methanol industry to balance decarbonization with power system security（中国氨与甲醇产业电气化路径系统重构对脱碳与电力系统安全的影响）
电气化是化工行业脱碳的关键途径，但可能对电力系统产生重要影响。本文作者评估了在中国电气化甲醇和氨生产对电力系统的影响，重点分析排放及潜在系统安全风险。
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文章标题：Global greenhouse gas emissions mitigation potential of existing and planned hydrogen projects（现有及规划中全球氢能项目的温室气体减排潜力）
氢能在难以电气化的行业脱碳中可发挥关键作用，但其生产过程资源消耗巨大，亟需战略性应用优先级。本文作者分析了约 2,000 个规划和已投运氢能项目，量化相关温室气体排放，并识别具有气候效益的应用领域。
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《自然-化学工程》
本刊是2024年的新刊，与《自然》旗下现有的应用科学期刊相辅相成，主要出版应用化学和物理学领域的前沿研究，并面向广泛的科学界，如化学工程师、化学家、物理学家、环境学家和材料科学家等。这本新刊将在主编Thomas Dursch的领导下，不仅出版一流的化学和环境工程学内容，还将覆盖与化学品更广泛的工业应用密切相关的领域及其所带来的挑战，尤其是从工程和可持续性的角度。
《自然-能源》
2024 Journal Metrics
影响因子：60.1
五年影响因子：68.9
学科排名：1/182，能源与燃料；2/460，多学科材料科学
引用量：55,904
下载量：3,431,013
*数据来源：2024年Journal Citation Reports, Clarivate Analytics 2025和期刊官网
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