燃料零碳化是以太阳能、风能等可再生能源为主要能量制取可再生燃料，包括氢、氨和合成燃料等。基于零碳电力的可再生燃料制取（图 7），将创建一种全新的“源-储-荷”离线可再生能源利用形式，有望使交通和工业燃料独立于化石能源，实现燃料净零碳排放。可再生燃料是一项极具潜力的变革性技术，可为国家能源战略转型与碳中和目标实现提供全新的解决方案。

图7 基于零碳电力的可再生燃料制取

可再生合成燃料是利用可再生能源通过电催化、光催化、热催化等转化还原 CO2，以合成碳氢燃料或醇醚燃料，具有能量密度高、输运和加注方便、可利用目前加油站等基础设施、社会应用成本低等优点。诺贝尔化学奖得主乔治·安德鲁 · 欧拉（George Andrew Olah）等于 2006 年在著作《跨越油气时代：甲醇经济》中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观点。

2018 年施春风、张涛、李静海、白春礼 4 位院士联合在 Joule 发文提出，如果人类想要获取、储存及供给太阳能，关键就在于如何将其转化为稳定、可储存、高能量的化学燃料，“液态阳光”将可能成就未来世界。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世界主要发达国家和地区的高度关注。冰岛碳循环国际公司（Carbon Recycling International）在冰岛建成了世界上第一座基于 CO2 循环利用的商业化甲醇工厂，通过地热发电，电解水制氢气（H2），进一步与 CO2 合成可再生甲醇；2014 年该公司甲醇产能达到 4 000 吨。

2020 年 10 月中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队千吨级“液态阳光”燃料合成示范项目在兰州成功运行。欧盟启动 Energy-X 项目，以 CO2 为介质来探究碳基能源的循环利用；美国能源部成立“液态阳光联盟”（Liquid Sunlight Alliance，LiSA），聚焦 CO2 光/电还原液体燃料；上海交通大学成立了可再生合成燃料研究中心，目标是研发基于零碳电力的可再生合成燃料系统。牛津大学 Hepburn 等 在 Nature 上发文预测到 2050 年全球将有 42 亿吨 CO2 被转化为合成燃料。

要真正实现通过阳光、水、CO2 获取可再生合成燃料，亟待开展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，基于燃料与动力装置相互作用及调控机制，进行可再生合成燃料设计；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 到液体燃料分子的高选择性转化和可再生燃料的合成。