煤炭、石油、天然气等传统碳基能源仍是当前全球能源主体。然而，传统燃烧和气化方式能效偏低，且排放大量污染物及二氧化碳等温室气体。如何将已有碳基能源高效、洁净、低碳地转化利用，促进传统能源和新能源协同发展，保障能源安全、支撑绿色可持续发展，是我国面临的重大战略需求。

中国科学院院士、西安交通大学教授郭烈锦带领团队，历时二十余年深耕攻坚，突破了长期困扰全球行业发展的煤炭温和高效气化、低成本低碳清洁利用核心难题，为我国化石能源绿色低碳转型、能源安全自主可控筑牢关键技术支撑。团队攻关形成的“碳基能源的超临界水蒸有序转化理论与方法”成果，斩获2025年度国家自然科学奖二等奖。

这一原创性重大成果的探索之路，始于一次关键的国际学术考察。1997年，郭烈锦受邀参加国家自然科学基金委员会组织的能源高技术出国考察团，赴欧美学习前沿能源技术。彼时我国工业发展提速进阶，国际前沿已开始探索生物质废弃物超临界水气化技术，兼具高效转化、低污染的优势，为破解能源开发与生态环保之间的矛盾，提供了全新技术思路与研究方向。

考察归来后，郭烈锦迅速锚定前沿赛道、申报科研课题，在我国能源动力学科奠基人陈学俊院士的指导与支持下，牵头组建科研团队，正式开展超临界水蒸煤制氢、太阳能制氢等清洁能源核心技术的系统性研究。

传统煤化工、燃煤发电技术，长期依赖高温氧化的反应模式，通过燃烧、半燃烧方式释放热能，反应工况温度极高，不仅整体能耗居高不下，还会不可避免生成硫氧化物、氮氧化物等大气污染物，同时产生大量低浓度二氧化碳，后续碳捕集、治理的综合成本压力巨大。

郭烈锦团队依托数十年积累的超临界水热物理特性研究成果，跳出了全球行业沿用多年的高温氧化固有技术框架。“国内外深耕煤炭气化领域的科研团队，长期局限于氧化反应的传统思维。我们率先开辟全新技术路径，以超临界水作为核心反应介质与反应物，让煤炭在纯水体系中完成吸热还原反应，实现彻底完全气化；反应所需热量，由气化生成的氢气通过中低温温和氧化放热自主供给。”郭烈锦介绍道。

通俗来讲，传统能源利用模式是常规“烧煤产热”，而全新技术路径依托特殊物理特性的超临界水，让煤炭在分子维度实现充分接触、高效反应。该技术核心优势十分突出：全程为纯还原反应，全程不额外引入氧气，大幅降低反应工况温度，远优于传统工艺标准。同时，煤炭中含有的硫、氮、重金属等杂质组分不参与气化反应，最终以固态废渣形式集中分离排出，从源头彻底杜绝了硫化物、氮氧化物、粉尘等污染物的产生与排放。

在此核心技术基础上，团队原创构建了碳基能源超临界水转化的全新理论体系，建立“吸热还原气化+氢气温和氧化放热”耦合运行机制，创新形成精准定向调控技术方法，最大限度降低能源转化过程中的能量损耗，从理论和技术层面彻底攻克煤炭温和、高效、完全气化的世界性技术瓶颈。

该创新技术在实现高效能源转化的同时，创新性实现了二氧化碳低成本自然富集分离。区别于传统技术烟气中二氧化碳浓度低、提纯成本高的痛点，该技术气化产物为氢气与二氧化碳混合流体，通过简单温控、压控处理，即可实现两种气体高效分离，直接获取高纯度二氧化碳，无需配套高能耗捕集设备，彻底破解了传统煤化工、煤电行业碳捕集成本高昂的行业难题。

团队同步建立了成套化系统设计标准与工程构建体系，打造氢碳循环、热力循环协同耦合的一体化供能系统，顺利完成多轮中试验证与技术迭代。经过二十余年持续攻关优化，大型工业化试验装置已建成投用、稳定运行。经多轮试验验证，依托该技术升级改造的大型煤电机组，能源综合转化效率实现大幅跃升；对比传统煤制氢、燃煤发电技术，设备建设投入、生产能耗及整体运营成本均实现显著压降，真正达成高效、低碳、清洁、经济的多重发展目标。

目前，团队已联动多家大型央企、优质民营企业，全力推进产业化示范项目落地应用。该技术全面推广落地后，将大幅降低行业碳排放总量，有效助力“双碳”目标实现，同时撬动万亿级新兴产业集群发展，培育壮大绿色低碳新质生产力，为我国能源产业转型升级提供强劲动能。

在郭烈锦看来，团队在超临界水蒸煤制氢领域的突破印证了一个朴素而深刻的道理：真正的原创性技术，必须从基础研究的根上长出来。

“当下不少科研存在碎片化问题，热衷于追逐热点、优化局部指标，像头痛医头、脚痛医脚那样进行浅层修补。”郭烈锦直言，这种“打补丁”式的研究，如果不从底层原理上重构体系，不从整体系统上寻找答案，就很难产出真正意义上的颠覆性成果。

他说，基础研究不是“纸上谈兵”，而是面向国家重大需求的长期坚守。能源动力学科的核心使命，是紧扣国家能源安全与绿色可持续发展的重大需求，扎扎实实从基础理论入手，吃透机理、打通逻辑，再立足全系统视角破解核心矛盾。“只有甘坐冷板凳、深耕厚植，把原理搞清楚、把路径想明白，才能从源头上攻克产业的‘卡脖子’难题，而不是在表面问题上绕圈子。”郭烈锦说。

正是这种“从根上解题”的科研定力，支撑团队二十余年如一日持续深耕，最终将基础理论的突破转化为服务国家战略的核心技术。

据了解，该项目开拓引领了碳基能源有序转化的新方向，促进了工程热物理与化工、材料等学科的深度交叉融合，被中外院士专家高度评价为“高效且洁净的转化”“原创性技术”与“先驱”。