自19 世纪奥托发明汽油机、狄塞尔发明柴油机以来，化石燃料作为汽车的能源为人类社会和经济的发展做出了巨大贡献，但如今世界正面临由化石燃料带来的气候变化等挑战。美国国家海洋和大气管理局观测显示，2019年5月大气层中的CO2浓度达到了415.26 mg/L，这是人类有史以来的最高值，CO2浓度的增加对环境造成了一系列显著的负面影响，导致全球变暖，进而引起两极冰川融化、海平面上升、海洋风暴增多、土地干旱、沙漠化面积增大等。
目前全球约有16 亿辆汽车，每天对消耗液体燃料超过110亿L。随着中国经济的快速发展，汽车年产量和销量从原来不足100 万辆持续增长到近年来的2800 多万辆，连续多年位居世界第一，中国汽车保有量已超2.6亿台。汽车是石油消耗的第一大户，但中国石油资源有限，国外进口量长期保持高位，2019 年原油对外依存度高达71%，在复杂多变的国际局势下，石油供给风险加大，能源安全结构性矛盾突出。
目前全球约有16 亿辆汽车，每天对消耗液体燃料超过110亿L。随着中国经济的快速发展，汽车年产量和销量从原来不足100 万辆持续增长到近年来的2800 多万辆，连续多年位居世界第一，中国汽车保有量已超2.6亿台。汽车是石油消耗的第一大户，但中国石油资源有限，国外进口量长期保持高位，2019 年原油对外依存度高达71%，在复杂多变的国际局势下，石油供给风险加大，能源安全结构性矛盾突出。相当长时间内将继续是汽车的主要动力，从中长期看，车用燃料碳中性、零碳化和可再生是国家能源安全和汽车可持续发展的必然要求。
2006年诺贝尔化学奖获得者乔治·奥拉在其专著《跨越油气时代：甲醇经济》介绍了“氢经济”及其局限性，提出了利用可再生能源将工业排放及自然界的CO2转化为碳中性醇醚燃料的前瞻观点。近年来，通过可再生能源来转化CO2制备合成燃料技术引起了国际主要发达国家和地区的高度关注，美国能源部2009 年建立46 个能源前沿研究中心EFRC，其中支持了太阳能直接发电和转化为化学燃料研究;2010年美国能源部在加州建设“人工光合作用研究中心JCAP”集中攻坚(光)电催化水分解和CO2固定方向的基础性科学挑战，并在2020 年继续推进太阳能驱动CO2还原至液体燃料的反应系统研究;欧盟启动Energy-X项目，以CO2 为介质探究碳基能源的循环利用。德国博世研究报告表明，欧洲将自2050年起全面使用基于可再生能源的合成燃料，可实现CO2 减排28 亿t (约等于德国CO2 年排放量的3 倍);德国奥迪已宣布实施e-fuel 再生燃料计划，使用碳中性燃料或可再生合成燃料，目标是减少内燃动力对化石燃料的依赖。碳中性、可再生合成燃料是以太阳能、风能等可再生能源为主要能量供给，通过转化还原CO2，合成高能量密度的车用碳氢燃料或醇醚燃料，合成燃料能量密度高输运和加注方便，可利用加油站等基础设施，社会应用成本低，燃料在发动机中燃烧后排出的CO2再被捕集，可实现燃料合成-燃烧-碳排放-燃料合成的碳元素循环利用和碳中性。
要真正实现通过阳光、水、CO2制取可再生合成燃料，用于交通能源，成就人类可持续发展的伟大构想，亟待开展车用可再生合成燃料的基础理论和关键技术研究。针对CO2还原转化产物，基于燃料与发动机相互作用及调控机制，设计适用于车用发动机的可再生合成燃料；从分子水平上建立催化剂构效关系，实现高效CO2 还原催化剂体系的设计与功能化定制；进而构建高能效的CO2还原合成燃料系统，实现CO2到液体燃料分子的选择性精准转化和可再生燃料的合成与实用化。可再生合成燃料技术可实现“源-储-荷”离线可再生能源利用，同时解决了弃风、弃光等新能源发展难题，有望实现车用燃料取之不尽用之不竭，独立于化石能源，大幅减少温室气体排放，是一项极具潜力的变革性技术，将为国家能源战略转型与汽车可持续发展提供全新的解决方案。
作者简介：
黄震，浙江宁波人，车用能源与动力系统专家，中国工程院院士。现任上海交通大学讲席教授，教育部动力机械与工程重点实验室主任。主要研究方向为车用能源、燃料设计与发动机燃烧。
