在能源结构转型、清洁能源需求高速增长的时代背景下，太阳能热化学转化与储热技术成为了清洁能源发展的重要一环。6月7日，由国家太阳能光热产业技术创新战略联盟主办，湖州工业控制技术研究院、浙江绿储科技有限公司、中关村新源太阳能热利用技术服务中心共同承办的第十五届太阳能热利用科学技术研究生论坛上，国家太阳能光热联盟与华中科技大学曾阔教授以其特邀报告《太阳能燃料与相变储热，助力清洁能源发展》为主题，深入探讨了太阳能燃料与相变储热技术的奥秘与发展前景，以及如何建立学生科学培养体系。
国家太阳能光热联盟：曾教授，您好！能先给我们讲讲您所专注的太阳能燃料与相变储热研究方向，究竟涵盖哪些具体内容吗？
曾阔教授：太阳能燃料的核心就是将太阳能以化学能的形式转化到燃料中，我们利用生物质作为绿色载体，通过太阳能光热驱动生物质热转化技术，实现太阳能燃料以及其他高值产品的生产。在这个过程中我们需要从多个层次和角度去展开研究。比如光热驱动的热化学反应，其直接决定了产物的产量与品质，在掌握其反应机理后才能对产品进行调控；在此基础上还需要考虑太阳能反应器的结构设计，其作为反应发生的场所，如何对内部多物理场优化是确保反应顺利进行并提升整体性能的关键；在系统工艺层面还需要关注如何优化反应流程与子系统配置，实现高效稳定运行。
另一方面，相变储热过程热质传递的主要特征之一是相变介质导热与自然对流在限域空间内受固液界面影响而动态变化。与此同时，成本能够适配市场应用的相变材料导热系数往往较低，需要进行传热强化才能满足实际应用中的功率密度需求。因此在相变储热领域我们首先关注的是如何以量化的形式准确分析各类传热强化方式对这个复杂热质传递过程的影响。在能够较为明确地解析相变储热过程热质传递强化机制后，我们进一步关注如何在实际大规模装置设计中应用这些机制，因此相较于常用的单管单元表征，我们更倾向于考虑了多管单元交互的跨尺度MCR表征。在具体的强化结构设计问题上，参考传统换热器的经验设计虽然能够取得一定的效果，但往往不能最大化传热强化的性价比，因此我们聚焦于让诸如翅片、导热骨架等强化结构基于相变过程的热质传递响应规律逐步按照性价比最优原则“生长”出来。
曾阔教授：传统热化学工艺流程往往包含热解、气化过程，反应温度较高，是高耗能过程。而太阳能光热则能够提供多种品位热能，能够直接深度融入各种耗能环节，十分切合热化学转化工艺的能量需求。目前已经提出了多种工艺路线，如太阳能驱动生物质热解联产工艺、太阳能驱动生物质气化工艺等，各种工艺路线在系统层面的可行性已经被大量论证，在未来减碳趋势与政策环境下其具有较大的发展潜力。对于系统核心部件太阳能反应器的开发也已经经过多代技术迭代，基本涵盖了堆积床、喷动床、循环流化床等床型，能够适应多种规模和应用场景。
曾阔教授：首先，相变储热介质的充放热温度受相变过程约束，因而相对其他储热技术而言，在换热方式相近的前提下相变储热装置充放热过程往往更加稳定。只能在一些特殊场景下应用的金属相变介质姑且不谈，常用的盐类、有机相变介质成本不高，并且能量密度相当可观，通常介于显热储热与化学储热介质之间。
但是对于采用盐类、有机相变介质的储热装置而言，除了相变介质液态时的泄漏问题以及固液相变引起的特殊热应力问题外，面向市场化应用的最大阻碍之一就是相变介质导热系数低。这会导致相变储热装置需要大量的传热强化结构或采用一些复杂的设计才能满足实际应用中的功率密度需求，这些措施带来的高额成本是制约相变储热技术市场竞争力的关键。相变储热装置在热力系统中的地位可以概括为“功能节点”，通常以实现抵抗太阳能间歇、调峰等功能为目标进行设计。这与换热器、集热器等自身性能直接决定系统整体效率的“效率节点”设计原则存在显著区别，不管在材料开发、强化结构设计还是装置系统优化方面，都更应该在满足目标功能的基础上优先考虑性价比而非一味追求极限性能。
曾阔教授：仔细回顾了一下我的亲身经历，只能就如何开展科研工作这个话题，与各位同仁分享一点不成熟的思考。
首先对于研究方向的选择，要尽可能“顶天立地”，不仅要钻进实验室，敢于深挖内在机理机制，也要能走出实验室，面向市场化的实际需求。
二是要重视打牢基础知识，“基础”是创新的前提，不仅在迈入科研之前要重视专业基础课程的学习，在科研工作中也要随时补充和复习专业知识，连巨人肩膀都站不上去的科研是无效科研。
三是要做好课题组内的技术与经验传承，“传承”是发展的必须，想要在科研上有所进步与突破，上一届踩过的坑绝不能再踩一遍，你踩过的坑也不要让下一届跟着踩。
四是老生常谈的，“身体”是革命的本钱，因为科研从来都是持久战！想要更好地科研必须在生活与科研中找到平衡。挑灯夜战、夙兴夜寐固然是年轻时的浪漫，但一时的高效远比不上一世的坚持，绳锯木断，水滴石穿。
最后，也是最关键的，是我时常思考的一个问题，那就是：我们当下做的研究的意义究竟是什么？每次在总结成果，讨论工作如何开展的时候，我都会问自己是否在做真正有意义的事情。探寻真理之路道阻且长，诸位共勉。
可再生能源耦合互补是新能源领域发展的必经之路，曾阔教授代表着一批不断审视初心、踏实耕耘的能源人，将科研的“根”深扎入行业实践，长出丰硕的成果，不断为能源领域科技创新注入新活力。