超临界二氧化碳发电，超临界是什么？最近有个大新闻：2025年12月20日，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组在贵州六盘水首钢水钢集团成功商运，这也是超临界二氧化碳余热发电技术“超碳一号”的全球示范工程（）。超临界（supercritical）是什么？其实它是“物理化学”（physical chemistry）这门学科中的“相图”（phase diagram）部分的一个概念，我讲过物理化学这门课，所以对它非常熟悉。简而言之，超临界就是超越临界（critical）的状态。那么临界又是什么？临界的定义是这样的：一般而言，气体可以通过降温变成液体，也可以通过加压变成液体。但后者有个界限，如果温度高于某个值，那么压强再高也不能液化。这个温度就叫做这种物质的临界温度，临界温度下液化所需的压强就叫做临界压强，处于临界温度和临界压强的状态就是临界态。每种物质都有自己的临界值，对于二氧化碳，临界值是31摄氏度和73个大气压。温度和压强都比临界值高的状态，就叫做超临界。在超临界状态下，气态跟液态失去区别。用相图的术语说，气液分界线在临界点终结。再仔细看，这意味着从气态出发，可以不发生相变，一路都是连续变化地变成液态。这是一个远远超越常识的知识，绝大多数人都只听说过物质有固液气三种状态，没听说过气态跟液态可以合并。在理论上，这是因为气态和液态的对称性其实是相同的，所以它们之间可以连续转变。而固态的对称性就跟气态和液态不同（固态发生了平移对称破缺，即只对晶格常数整数倍的平移才能复原，而气态和液态中任何长度的平移都能复原），所以固态不可能连续转变成气态或液态。在超临界状态下，物质的密度接近液态，流动性却接近气态。所以它是一种流得非常快但密度又很高的流体，非常适合传热传质。以前超临界在催化、萃取、材料制备等领域就用得很多，现在扩展到发电了。新闻中说：“超碳一号”使用超临界二氧化碳作为循环工质，相比烧结余热蒸汽发电技术，发电效率提升85%以上，净发电量提升50%以上。用水量降低50%，可缓解水资源紧张地区的能源发展压力，同时能高效回收300 - 600℃中低品位工业余热，让钢铁、水泥等传统高耗能行业“变废为宝”，能源利用率提升84%。现在，大家知道这是为什么了吧？#微博科普##微博公开课##微博新知##超临界##全球首台商用超临界二氧化碳发电机组商运##超临界二氧化碳##临界态##物理化学##相图##临界点##余热发电##超碳一号#
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