由北京君和创新公益基金会、中国科学院大学校友会联合主办，主题为“和而不同，思想无界”的CC讲坛第74期演讲2026年10月24日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）礼堂举行。来自中国科学院理化技术研究所研究员 张振涛，并以《给二氧化碳一份工作——从“减碳”到“用碳”的范式革命》为题发表演讲。
演讲实录：
大家好！我是中国科学院理化技术研究所的张振涛。今天我想和大家聊聊二氧化碳。
一说起二氧化碳，大家可能会觉得它是全球变暖的罪魁祸首，是必须消灭的敌人。大气中的二氧化碳浓度持续上升，带来温室效应。冰川融化，海平面上升，极端气候越来越频繁，泥石流、干旱、暴雨都跟着来了，给生产和生活带来很大影响。
但我看到的二氧化碳有点不一样。大家可能听说过，有人叫我“草帽教授”。因为我经常戴着草帽，跑在田间地头、钻进工厂车间。正是因为在现场，我看到的二氧化碳，不是飘在天上的温室气体，而是实实在在能用的资源。它参与光合作用，是万物生长的原料，让植被恢复、让沙漠变绿洲、让干旱地区重现降雨，碳汇不断增加，这是生态修复的正向力量。同一份二氧化碳，两面性情，关键看我们怎么用它。我认为二氧化碳是等待被安排工作的“能量伙伴”。关键不是消灭碳，而是驾驭它、安排它，让它为我们所用。
那怎么把这个碳魔轻松抓起来呢？两条路。第一条，减碳——降低它的力量，从源头减少排放；第二条，捕碳——低成本地把它关进笼子，也就是捕集封存。一句话概括：先削弱它的力量，再把它关进笼子为我所用。
以前我常往田间地头跑，去农村看粮食烘干，去工厂看锅炉。在现场，我看到一个很痛心的现象：我们为了烘干粮食、烤烟，拼命烧煤烧锅炉，产生大量二氧化碳；可同时，车间里、大棚里、甚至烘干机排出来的，都是大量热腾腾的废热！热气白白飘到空气里，不仅浪费，还造成热污染。
那时候我就在想，这些废热难道真的是垃圾吗？大自然其实已经给了我们现成的能量，我们缺的只是一台能把低处的热量“搬运”到高处的机器。用一点点电作为动力，把那些散失的废热重新抓回来，这不就极大地减少了源头烧煤的排放吗？
顺着这个思路，我们团队主攻的方向之一，就是热泵。热泵是什么呢？简单说，它就是“搬热”的机器，用一份电，把低温的热量“搬运”到高温，换来好几份热，好比一台“倒着转的冰箱”。 我们做的是废热增焓系统，把工厂里、田里散掉的低品位废热重新拾起来、提温再用。
这项技术在田间地头到底能干什么？热泵最典型的应用是干燥。粮食干燥、烤烟烘烤、水果烘干——凡是需要烘干、脱水的地方，都可以用热泵。 过去多半靠燃煤烧锅炉，现在热泵比燃煤节省三分之二的能源，接近等比例减碳。在食品工业，比如酒精热泵精馏，原有精馏每小时消耗蒸汽6000公斤，热泵精馏只要1200公斤，只有原来的五分之一；按一年运行8000小时算，能节约429万元。
做完这些，我对减排有了新的体会：减排不是苦行僧式的限制，不是不干活，而是用更少的电、搬来更多的热，把废气变成资源。用更少的能源完成同样的工作，这就是减碳的第一步。
顺着热泵的思路，我们确实少烧了很多煤。但是，光靠减碳其实还解决不了根本问题，大自然和人类活动产生的二氧化碳规模太大了。怎么办？我们还要把它抓回来。
但在现场跑的时候，我发现了一个很现实的问题：捕碳太贵了。 行业里常规捕集一吨二氧化碳得花300块钱，比碳市场的价格还高，企业捕一吨就亏一吨，谁愿意干？大家都在琢磨，怎么发明一种更神奇的吸收剂。但我这个戴草帽的，看问题的角度不太一样。我在工厂看到的是：烟气要降温才能吸收，吸收完的液体又要加热才能把二氧化碳放出来。这边热量白白放掉，那边又花钱烧锅炉，这不是极大的浪费吗？我就想，能不能用我们做热泵的老本行，把这些废热当“搬运工”搬回来循环用？
我们采用醇胺法碳捕集，关键是系统重构。我们耦合热泵与余热回收，把再生能耗降低30%以上。捕碳成本大幅下降，从300元降到了200元左右，碳才能真正关得住、关得起。
关起来之后呢？国际上普遍采用的是填埋的方式，但我更想说的是另一种思路——不把它关起来，而是给它一份工作，让它“小鬼推磨”，打工干活。
二氧化碳真能干活吗？能。它有四条路：第一，增产粮食，因为它是植物的食粮；第二，改善气候，反哺生态；第三，合成淀粉和蛋白；第四，合成绿色燃料。你看，同样是这一份二氧化碳，思路一换，就从负担变成了生产力。
方向一：二氧化碳是植物的食粮
二氧化碳是植物的食粮。光合作用的原料就是二氧化碳。在温室里适当增加二氧化碳浓度，蔬菜、水果的产量可以提高20%到50%。把浓度从400ppm提升到800到1200ppm，植物长得更快、更壮。这就是农业上的“气肥”——给作物补碳，换回增产。
方向二：合理利用，反哺生态
第二个方向，合理利用、反哺生态。我们看到的沙漠变绿洲、干旱区降雨增加，背后正是植被恢复和碳汇增长。把捕集到的二氧化碳用于生态修复、林业碳汇、土壤改良，让碳从大气回到大地和植被。碳在这一过程里，从排放物变成了修复生态的工具。
方向三：二氧化碳合成淀粉和蛋白
第三个方向，也是最前沿的：用二氧化碳合成淀粉和蛋白质。中科院已经实现二氧化碳人工合成淀粉，效率是玉米的8.5倍，而且不占耕地。二氧化碳还能合成单细胞蛋白，用作饲料和食品蛋白。这意味着，未来碳可以不必经过植物，直接变成粮食和蛋白质，这是“从空气到餐桌”的革命性路径。
方向四：二氧化碳合成绿色燃料
第四个方向，把二氧化碳合成绿色燃料。二氧化碳加氢催化，可以制成甲醇、航油和各种化学品。这是“人工光合作用”的工业版——把废气变成航空燃料，碳循环利用，不新增排放。如果飞机的航油来自回收的碳，航空业的碳排放就能真正降下来。
把这些技术组合起来，可以把碳“打造成哪吒”——头顶光环、脚踩风火轮。头顶的光环是什么？是零碳算力，数据中心用二氧化碳做绿色冷却，让AI时代庞大的算力也能低碳运行；脚下的风火轮是两件套：一只是新能源——风电、光伏、储能；另一只是双碳——减碳、捕碳、用碳。二氧化碳回收乘上风光储，再加上零碳算力，环环相扣，就构成一套完整的零碳组合。哪吒能上天入地，我们的碳技术，也要能覆盖能源、算力这些方方面面。
而在那么多“打工”岗位里，到目前最让我自豪的，是让二氧化碳去干了一件震惊世界的大事——北京冬奥会的“冰丝带”速滑馆。
当时我们团队接下这个任务，压力非常大。为什么？因为在冬奥会历史上，从来没有人敢在12000平米这样巨大的冰面上，用二氧化碳来制冰。传统的制冷剂用了几十年，大家都习惯了。有人质疑：“张老师，二氧化碳能行吗？万一冰面温度不均匀，运动员滑起来出了危险怎么办？万一比赛期间机器出了故障怎么办？”面对这些质疑，我心里憋着一股劲。我想，我们在田间地头、工厂车间，连那么多废热都能用热泵“搬”得明明白白，难道还驯服不了一块冰？
那段时间，我和团队几乎天天泡在冰丝带现场。我们要解决的不仅是制冷，更是极致的控制。冰面不是冻上就行，它得像镜面一样平整，温差必须控制到极小。我们就用二氧化碳跨临界直冷技术，一根根管子铺下去，一遍遍调试参数。
这是冬奥历史上首个二氧化碳跨临界直冷速滑馆，12000平米冰面，温差控制在0.5度以内，碳排放趋近于零，冬奥期间13次刷新奥运纪录，打造出平原上“最快的冰”。
那一刻，我站在看台上，看着各国运动员在冰面上像飞一样滑过，打破一个个纪录。我心里特别感慨：你看，同样是二氧化碳，大家觉得它是让地球变暖的罪魁祸首，但在我们手里，它不仅能帮人类打破极限，还能创造出最环保的奇迹。这不仅是一项技术，更是我们在实际中让碳为我们干活的生动案例。
我们还让它去搞储能。在电网用电低谷时段，风电、光伏往往发电过剩，电网负荷压力小，会产生大量富余电能。利用这部分低价富余电能驱动压缩机组，把气态二氧化碳加压降温，转化为液态二氧化碳，将电能转化为工质的内能，存储在专用储罐当中，完成储能过程。等到用电高峰来临，社会用电负荷激增，新能源出力又可能不足的时候，再将储存的液态二氧化碳进行加热，使其快速汽化膨胀，高速气流推动涡轮发电机组运转，把储存的能量重新转化为电能输送回电网。整套系统完成“压缩储电—膨胀发电”的完整循环。
相当于给大电网配备一台大容量、长续航的巨型“充电宝”。这项技术利用二氧化碳在气态、液态乃至超临界状态之间的物态转化，完成电能的存储与释放，本质上属于物理储能范畴，整个过程不发生化学反应。
但是二氧化碳在临界点附近物性变化剧烈、控制难度极大，国际上可参考的文献极少。团队花了6年时间攻克“二氧化碳高精度物性计算”这个基础难题，光是搭建实验台就用了1年多。这项从零到一的突破，得到了国家重点研发计划和两项国家自然科学基金的支持。正因为摸透了二氧化碳的“脾气”，后面才能做出高效的压缩机和膨胀机。
二氧化碳储能技术，说白了，就是用二氧化碳当“搬运工”，把电存成热和压，需要时再放出来发电。这套系统能高效消纳风光发电和低谷电、实现调峰。这正是“让二氧化碳打工”在储能领域的体现。
这项技术已经全国产化，走到了世界领先的位置。河南信阳的百兆瓦级示范项目正在推进，储能效率能做到百分之六七十，寿命三十年往上。说白了，我们不光教会了二氧化碳“打工”，还给了它一份能干几十年的“铁饭碗”。不是朋友，它是等待被安排工作的“能量伙伴”。关键不是消灭碳，而是驾驭它、安排它，让它为我们所用。
但每次讲到储能，我脑子里想的，其实比这更远。大家想想，人类历史上因为争夺煤炭、石油、天然气这些化石能源，爆发过多少次冲突，甚至引发了战争？能源，常常成了引发纷争的导火索。
但现在不一样了。大自然里到处都是二氧化碳，风能、光伏这些新能源取之不尽。如果我们用二氧化碳储能技术，把风、光这些不稳定的能源存起来，变成随时能用的电，这意味着什么？这意味着，能源不再是一个需要去“抢”的稀缺资源，而是我们自己可以创造、可以储存的。 当一个国家、一个地区，能源可以自给自足的时候，因为能源掠夺而引发的冲突，是不是就能少一些？这是我觉得，二氧化碳储能技术未来最让我激动的地方——它不仅关乎环保，更关乎能源安全、能源自由，甚至关乎人类的和平。
除了让它干粗活、搞储能，二氧化碳还能干精细活儿。这就是我们的二氧化碳萃取技术。超临界二氧化碳，既有气体的渗透性，又有液体的溶解力。它能高效萃取植物精油、香料和中药有效成分，而且常温操作不破坏成分，也没有溶剂残留，非常纯净安全。它广泛用于食品、医药和化妆品。你看，二氧化碳不仅能上天入地，还能进厨房、进药房。
但如果要把这些技术全部集成起来，形成闭环，最终会是什么样？这就是我们的综合零碳植物工厂。
大家想象一下这样一个场景：田里种着庄稼，大棚里补充着高浓度的二氧化碳当“气肥”；旁边是风光互补的新能源，通过我们的热泵耦合储能技术，把电和热稳稳地存下来；再通过智慧云平台，实现能量的智能调度。这就形成了一个“农光碳互补”的零碳植物工厂，它也是园区级的综合智慧零碳电厂样板间。在这里，储能、冷热电、零碳系统完全协同，碳循环真正形成闭环。不仅是零排放，甚至是在造资源。
从减碳到捕碳，再到用碳，二氧化碳不再只是需要被治理的废物，而是可以被循环利用的宝贵资源。
我们构建了一个完整的体系：减碳，靠热泵、新能源从源头降排；捕碳，把逃逸的碳收回来；用碳，靠制冷、储能、萃取、合成让碳创造价值；最后是零碳，靠AI驱动的多能耦合闭环，把碳流智能调配起来。每一环都扣在一起，缺一不可。
我是一个常戴草帽跑现场的科研人。我见过田间地头因为缺电而发愁的农民，也见过工厂里因为能源成本而焦虑的老板。我也在新闻里看到，世界上有些地方，还在为了争夺石油和天然气而起争执。
所以我常常想，我们做这些研究，到底是为了什么？是为了发论文吗？不是。我们让二氧化碳去打工，把它变成冰面、变成电能、变成粮食、变成精油，归根结底，是想把一个“碳排放的包袱”，变成“零碳时代的资源”。
当能源变得像阳光和空气一样，随处可得、随处可存的时候，也许有一天，我们不再需要去掠夺，不再需要去争夺。未来已来，作为碳基生命的人类，我们要做的不是消灭碳，而是与碳共生，而非与碳为敌。把碳变成伙伴、变成资源、变成打工的“小鬼”，这就是我们今天讲的范式革命，也是我们送给下一代更清洁、更和平的未来。我的分享就到这里，谢谢大家！
