卷 1 期 2 (2023)

自工业革命以来，从工厂供电到数字世界的运转，矿物能源一直是维系我们经济活动背后的隐藏引擎，为生产、运输和每次键盘的敲击提供动力。然而，随着经济和科技的持续发展和人类生活水平的不断提高，矿物能源的使用产生越来越严重的污染，对环境和公众健康的危害日益加剧。为了解决这些问题，清洁能源的利用已成为促进经济可持续增长和环境保护的主要焦点。近年来，世界各国的研究人员和学者一直尽心竭力地致力于清洁能源技术的研发和利用。本期刊第1卷第2期发表了1篇短评和6篇综述文章，将学者们近期的研究成果加以总结以飨广大读者。这些综述主要围绕资源的有效利用、可持续发展和环境保护，介绍了清洁能源技术最新研究趋势和概况。

直接空气捕集CO₂技术是一种不受时间和地域限制的负碳排放技术，可为“双碳”目标实现贡献力量。本文综述了CO₂直接空气捕集方法的发展现状，着重介绍了固体吸附空气捕集（direct air capture, DAC）技术中金属有机框架（metal-organic frameworks, MOFs）材料、固体胺材料、碱金属基吸附剂和变湿材料四种主流固体吸附DAC技术，分析了它们在能耗、循环稳定性和吸附量等方面的优势和劣势；此外，文章分析了固体吸附材料工程应用，展示这些技术在实际应用中的潜力；最后，总结了现有DAC吸附材料面临的挑战并提出了未来发展方向。

利用烟气作为微藻培养碳源的潜力前景广阔。将烟气作为碳源纳入微藻培养过程中可以加速微藻的生长速度，从而提高集成过程的整体经济可行性。有两个主要烟气来源需要考虑：燃煤发电厂的烟气，其CO₂浓度为12–15 w/w%，以及煤化工过程的烟气，其CO₂浓度为90–99 w/w%。此外，开放式或密封式微藻培养系统的选择也会影响经济效益。因此，有四种不同的微藻培养路线需要评估：原位开放系统、离位开放系统、原位密封系统和离位密封系统。将烟气作为微藻培养中的碳源，显示出在减少环境影响和成本方面的巨大潜力，使其成为经济高效的微藻培养的一种非常有前途且可持续的方法。在本综述中，建议在烟气CO₂浓度较高、目标产品为低利润商品的情况下采用原地开放式路线，而在烟气CO₂浓度较低、目标产品为高附加值产品的情况下采用非原地密封式路线。

热泵技术是一种能够高效利用低品位能源的节能技术，在建筑供暖、工业余热利用、新能源等领域具有广阔的应用前景。然而，传统的热泵系统使用的制冷剂对环境有着严重的负面影响，亟需寻找一种安全、环保、高效的替代制冷剂。CO₂作为一种天然制冷剂，具有良好的物理和化学特性，且非常适合作为跨临界循环的工质，在热泵技术领域显示出了巨大的优势。目前对CO₂热泵的研究已经取得了一定的进展，但关于CO₂热泵在不同应用场合的研究现状和发展趋势的综述较少，因此，本文系统地总结了跨临界CO₂热泵在不同应用领域的最新研究成果，指出其在系统设计和运行过程中存在的压力较高，运行效率低等困难，并总结出最新的系统部件、循环结构、混合制冷剂和控制策略几方面的优化研究，结果表明了各优化方式对系统性能都有明显的提升，其中混合制冷剂是最简单的优化方式。最后，对CO₂热泵技术提出展望，随着政策的扶持和技术的进步，更全面、节能和智能的CO₂热泵技术将持续地发展和创新。

超临界水热燃烧技术是一种“水火相容”、无NO_x与SO_x生成的新型清洁均相燃烧技术，有望推动有机废物高效处理、传统化石能源清洁利用、稠油高效热采等领域技术的变革性发展。本文在归纳近年来超临界水热燃烧技术基本特点的基础上，重点从实验研究、数值计算两个角度总结分析了典型燃料的超临界水热燃烧特性与规律，以及在能源环境领域变革性工程应用与开发的最新进展。指出降低着火温度与熄火温度是推进超临界水热燃烧技术应用的关键，考虑真实流体效应与湍流-反应交互作用才能正确反映燃烧过程。此外，超临界水热燃烧作为体系热量与反应介质供给来源，可实现高浓有机废物高效去除、煤炭清洁燃烧与原位制氢以及生成多元热流体强化稠油热采。当前，超临界水热燃烧强迫点火技术、反应器设计准则、关键设备防腐仍是未来研究的重点，对推进超临界水热燃烧技术工程化成熟具有重要意义。

碳纳米材料因其稳定性好、导电性强、价格低廉而被广泛用作基底材料来制备可拉伸导电复合材料。针对优化复合材料性能的需求，各种制备碳纳米材料增强可拉伸导电复合材料的制造方法应运而生。其中，3D打印技术具有工艺灵活、产品性能优良等优点，受到广泛关注。本文重点综述利用3D打印技术在高分子材料中添加碳纳米材料作为增强相的研究进展。 展望了基于纳米碳填料的导电聚合物复合材料在航空航天、储能、生物医学等领域的应用前景。

由于当前气候变化的影响，我们需要推广和使用可再生能源以避免化石燃料带来的日益严重的环境和健康问题。木质纤维素生物质（lignocellulosic biomass, LCB）来源丰富和原料特性多，是一种前景广阔的可再生可持续能源。厌氧消化（anaerobic digestion, AD）涉及一个生化过程，通过甲烷菌和硫酸盐还原菌等微生物的作用，可将LCB通过水解和生物甲烷化过程转化为沼气。低浓度沼气在水解过程中会释放出各种还原糖，这些还原糖对生产生物乙醇和沼气等生物燃料、有机酸、酚类和醛类至关重要。由此产生的沼气可以补充能源需求，同时实现经济、环境和健康效益。通过适当的预处理，破坏复杂的木质纤维素结构，使纤维素和半纤维素脱离木质素的束缚，从而进行酶糖化和发酵，可以提高低浓生物质转化为生物能源的AD过程。确定AD的最佳预处理技术对于低浓度木质纤维素能源生产过程的成功至关重要。本研究评估了化学预处理在改善LCB消化以生产生物能源方面的应用，该研究回顾了LCB特性、AD过程以及各种化学预处理技术（如酸、碱、有机溶剂、臭氧分解和离子液体）的作用。这项研究的结果使人们了解了不同LCB化学预处理技术的作用方法和优点，同时强调了采取不同策略的主要缺点。

在两种不同波长光的激发下发生可逆异构化的发色团分子通常被称为光开关分子。通过利用光诱导的可逆变化并结合精确的空间和时间光控制，可以将光开关分子应用于致动器、光学、分子马达和光生物学等领域。