《自然-能源》创刊十周年｜回顾十年进展，展望能源转型下一程

风能和太阳能光伏已成为全球能源转型的重要引擎，在减排和提升电力系统韧性方面发挥着重要作用，其发电增长速度已经超过了其他能源形式。澳大利亚新南威尔士大学的Martin A. Green指出，太阳能光伏的快速发展得益于规模化带来的成本下降以及转换效率的持续提升，未来进一步发展将依赖于高效光伏技术的突破。来自美国约翰斯·霍普金斯大学的Julie Lundquist则强调，要推动风电持续发展，需要更深入理解风速和风向的变化，以提高性能预测能力、降低湍流对结构的影响，并改进极端天气事件的预测，从而设计更具韧性的风电系统。在可再生能源占比不断提高的背景下，核能作为低碳能源最近几年来再次受到关注。但来自加拿大不列颠哥伦比亚大学的M. V. Ramana指出，高昂的成本和漫长的建设周期仍然是核电大规模部署的主要障碍，凸显了其在经济性和可行性方面的现实挑战。

与此同时，随着可再生能源渗透率上升，电力系统集成问题变得愈发重要。英国伦敦帝国学院的Mark O’Malley回顾了电网如何适应可变电源和不断变化的用电需求，强调需要在成本、可靠性、基础设施扩展以及跨学科合作方面持续投入，才能实现可靠的系统整合。电池及其他储能技术为平衡供需、支撑电网运行提供了关键灵活性。英国牛津大学的Peter Bruce讨论了锂离子电池的技术进展，并指出，持续推进电气化不仅需要进一步优化现有锂离子体系，也需要加快发展下一代电池化学体系。

可再生电力的增长也重新激发了对化工过程电气化的兴趣，例如通过水电解制氢。然而，正如前美国能源部氢能与燃料电池技术办公室主任Sunita Satyapal所指出的，尽管燃料电池和电解槽技术不断进步，投资环境的波动和政策变化仍为氢能产业的发展带来不确定性。二氧化碳电催化——即将二氧化碳转化为燃料和化学品——在催化活性、选择性调控以及反应器设计等方面取得了显著进展，但仍存在诸多基础科学问题亟待解决。德国马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所的Beatriz Roldan Cuenya认为，未来研究需要更加深入地理解催化剂失活机制，并将催化剂结构的动态变化视为其功能的核心要素。

除了技术本身，能源转型的成败同样取决于能源在关键场景中的应用。美国马里兰大学的Ichiro Takeuchi指出，尽管蒸汽压缩制冷在空调领域仍占主导地位，其制冷剂会带来显著的温室气体排放。采用低排放制冷剂或发展固态制冷技术有望降低环境影响，但后者在成本控制和规模化应用方面仍面临挑战。城市能源管理是能源转型的另一重要前沿，需要在交通、建筑等多个系统之间实现协同规划与运行。中国香港理工大学的Jinyue Yan指出，在确保系统可靠性的同时，实现实时能源协调、管理大规模能源数据、建立公平的能源交易机制，并根据不同城市需求定制解决方案，都是亟待解决的难题，而人工智能在提升系统协同效率方面具有重要潜力。道路交通电气化近年来进展迅速，得益于电池性能提升、充电基础设施完善以及充电速度加快。德国弗劳恩霍夫系统与创新研究所的Patrick Plötz强调，未来的增长将取决于能否有效应对消费行为、政策设计、电网基础设施和可持续性等方面的问题，例如二手电动车市场尚不成熟、供应链受限、价格压力以及电网接入延迟等。

能源公平正义仍将是衡量能源转型成效的核心维度之一。美国卡内基梅隆大学的Destenie Nock指出，将公平性指标纳入能源可及性评估，并推动包容性的决策与政策制定，对于确保转型成本与收益的合理分配至关重要。在此基础上，有效的融资机制和支持性的政策框架是将技术潜力转化为广泛应用的关键。然而，正如德国慕尼黑工业大学的Florian Egli所指出的，清洁电力融资在全球范围内分布极不均衡，未来研究亟需关注如何降低融资风险，尤其是在中低收入国家。

除通过可再生能源和电气化减排外，碳捕集技术也正逐渐成为实现气候目标的重要组成部分。特别是CO₂直接空气捕集技术的发展，使该领域从实验室材料研究迈向系统工程阶段。美国宾夕法尼亚大学的Jennifer Wilcox指出，政治极化和公众误解在一定程度上阻碍了技术进展；要推动碳捕集实现突破，需要学术界、工业界和政府之间更加紧密且具有战略性的合作。

总体而言，这些专家学者的观点展现了能源领域在多个方向上取得的实质性进展，同时也揭示了在技术、系统以及社会层面反复出现的挑战。值此《自然-能源》创刊十周年之际，这些累积的洞见既彰显了过去十年的成就，也提醒我们仍需付出持续努力，将技术突破转化为切实的社会与气候影响。能源转型的下一阶段将取决于持续的技术进步，以及在基础设施、政策和市场等层面实现有效协同。其成功还将取决于我们是否能够同时应对公平性、经济与政治等方面的制约因素。这些挑战将决定过去十年所形成的的发展势头能否成功转化为持久而广泛的全球脱碳成果。