构建新型绿色低碳能源体系，不仅仅是“双碳”目标的需求，也是国家安全的战略底线。

在9月24日举行的第十五期“浦江科学大师讲坛”上，中国科学院院士、复旦大学未来能源高等研究院院长包信和分享了上述观点，谈到为什么要研究能源？包信和给出了一组数据：我国石油对外依存度高达约73%，天然气达约45%。

而未来绿色低碳能源体系的底层逻辑是什么？他认为，这一体系的底层逻辑是化石燃料驱动转化为可再生电力驱动，基本结构是可再生能源转化为电力、电气化与分子燃料。

复旦大学供图

能源转型有一个绕不开的问题：风、光发电越来越多，但家里的取暖、飞机烧的油、工厂要用的化学品，不能全靠电。能否让传统化石能源更干净、更省水、更精准，同时为可再生能源争取时间？答案就藏在“催化科学”里。

作为物质转化的基础核心学科，催化科学为能源体系从化石能源主导向可再生能源跨越转型，提供了核心科学支撑。近百年来，催化科学领域产生了20多项诺贝尔化学奖得主。在产业界，80%化学工业以及20%-30%GDP与催化技术相关。

催化科学追求的目标，正是精准调控化学反应的活性和选择性。凭借在纳米限域催化和合成气制烯烃等限域催化领域的杰出成果，包信和以第一完成人身份荣获2020年度国家自然科学奖一等奖。

“化学反应像爬一座高山，普通人爬不上去。催化做的事，就是把高山挖成几个矮山头，让反应更容易翻过去。”包信和打了个比方。

催化反应形象示意图

他多年研究的“纳米限域催化”，就是这个“挖山”的过程。基于相关原理，团队发明了OXZEO技术，实现了煤基合成气一步制低碳烯烃。2020年，团队与陕西延长石油合作，建成了世界首套千吨级工业试验装置。包信和说：“成果转化要面向需求，不是先做出成果再找市场，而是研发初期就明确企业需要什么，让合作方全程参与。”

谈及未来能源图景，包信和认为是一个“电子与分子”共舞的时代。电力将成为主体，但氢气难储运，因此需要将其转化为甲醇、氨等“分子燃料”。

他特别强调“先立后破”：先立起可再生能源的“大厦”，再逐步破除对化石能源的依赖。在这个过程中，催化科学不是要立刻“消灭”煤炭，而是要让煤炭的利用方式发生质变——从“烧煤”变成“分子炼煤”。

“催化剂就像一把剪刀，”包信和解释，“我们直接把煤剪成我们需要的化学品，而不是先把它烧成一氧化碳再重组。”甚至，利用高温等离子体，未来可以直接把煤变成乙炔，这个过程理论上不排二氧化碳，也不耗水。

去年，他在中国科学院大连化学物理研究所、中国科学技术大学工作近30年后，重回母校复旦大学，担任未来能源高等研究院院长。回到复旦后，包信和带领研究院与合作单位共建国家级未来能源中试基地，建设AI自驱动催化创新实验室，并正在申请催化概念验证中心——重点解决从毫克到公斤级的催化剂制备与验证，填补实验室与工业界之间的“死亡之谷”。

人工智能时代，面对AI给科学研究带来的挑战，包信和认为，AI虽能快速获取知识，但创新源于人脑对知识的内化与重组。“只有具备扎实的基础知识和领域结构认知，才能有效利用AI进行批判性思考和原创性研究。”此外，AI for Science赋能催化研究也拥有许多新的方向。从基于AI和数据驱动的催化剂精准设计与制备，到AI和大数据融合辅助的结构表征和机理反演，再到AI赋能催化过程开发，“AI+催化”研究的未来可期。