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碳中和需要哪三端发力?专家这样说

来源:每日经济新闻 时间:2021-06-01 14:24:34

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5月30日下午,中国科学院第二十次院士大会举行学部第七届学术年会全体院士学术报告会。这场年会紧密围绕国际科技热点,聚焦国家创新发展战略需求,前瞻学科领域发展新方向,积极发挥学术引领和科技智库作用,展现学部重大学术咨询研究成果,引导社会尊崇科学思想和方法,帮助公众提升科学意识和素养。


中国科学院院士丁仲礼、李儒新、包信和、高福、焦念志、黄如和翟婉明7位院士分别作了学术报告。参加全体院士学术报告会的还有出席本次院士大会的全体中国科学院院士、部分受邀参会的中国科学院外籍院士。


丁仲礼:实现碳中和需要“三端发力”


丁仲礼院士的报告以《中国“碳中和”框架路线图研究(中科院学部‘碳中和’咨询项目简介)》为题,重点介绍了中国科学院学部碳中和咨询项目的情况。


该重大咨询项目从固碳、能源、政策3个方面分9个专题开展咨询研究,通过科学预测未来能源消费总量,统筹考虑生产生活能源消费,分析非碳和碳基能源结构比例演进路线及非碳低碳变革技术和现有技术迭代供给等,研判必须的碳排放数量,并通过分析生态系统固碳现状及潜力、固碳技术等,汇总描绘我国碳中和框架路线。项目研究成果将提供给专家学者和公众讨论,为国家决策提供参考。


我国对国际社会承诺二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。


丁仲礼指出:“这是雄心勃勃但又极其艰难的战略目标。从主要发达国家的碳排放与经济增长的历史关系看,一个国家的发展程度同人均累计碳排放密切相关,就我国而言,人均累计碳排放远远低于主要发达国家,也小于全球平均。我们追求2060年达到碳中和,其难度远大于发达国家。”


在丁仲礼看来,碳中和看似复杂,实际上概括起来就是一个“三端发力”的体系:第一端是能源供应端,尽可能用非碳能源替代化石能源发电、制氢;第二端是能源消费端,力争在绝大多数领域实现非碳能源对化石能源消费的替代;第三端是人为固碳端,通过生态建设、土壤固碳、碳捕集封存等组合工程去除不得不排放的二氧化碳。


“碳中和将带来经济社会大转型,‘技术为王’将在此进程中得到充分体现,即谁在技术上走在前面,谁就将在未来国际竞争中取得优势。”丁仲礼表示,国家需要积极研究与谋划,系统布局,力争以技术上的先进性赢得产业上的主导权。


最后,丁仲礼建议,国家应尽早建立监测、计算、报告、检核的标准体系,以确保牢牢掌握我国碳收支状况的话语权。


李儒新:新型同步辐射光源应用领域广


李儒新院士的报告以《高功率激光与高能粒子加速器的交叉融合》为题,阐述了高功率激光和高能粒子加速器两个不同的学科领域近年来相互促进交叉研究发展的有关情况。


报告介绍了基于高功率激光的高能粒子加速器,基于加速器的高功率X射线自由电子激光,基于高能电子与高功率激光相互作用的新型辐射源和物理学前沿研究等交叉前沿的最新进展和未来发展趋势。


李儒新院士指出,我国在高功率激光与高能粒子加速器研究领域取得了重要成果,在激光离子加速领域做了很多具有世界先进水平的理论和实验工作;新型同步辐射光源作为高性能的宽波段光源用户装置,除了在高能物理和产生闪裂中子源方面有重要的应用价值外,在生命科学、材料科学、物理学、化学、能源科学等研究领域发挥了不可替代的作用。


在应用场景上,肿瘤的精准放疗是高能质子和重离子加速器的重要应用场景之一。“质子/重离子放疗是当下最先进的肿瘤放射治疗方法,目前主要用射频加速器来加速高能质子和碳离子,昂贵的造价和维护费用极大制约着质子/重离子放疗设备的推广应用。”


李儒新表示,通过高功率激光的质子和重离子加速器的应用,将有望降低肿瘤放疗设备的造价和维护费用,“一个值得重视的方向是基于高瞬时辐射剂量的超短脉冲质子束治疗,即FLASH放疗方案。因为激光加速有利于获得更短脉冲的高峰值流强质子束,从而达到超高的瞬时剂量率”。


包信和:清洁煤化工势必摒弃氧助气化


包信和院士的报告以《清洁能源科学基础与展望》为题,报告从能源化学和能源材料研究入手,深入分析化石能源优化利用、可再生能源规模化发展和CO2高效转化利用等领域涉及到的能源科学基础,并对促进实现碳中和的氢能技术、CO2资源化利用技术(CCUS)等进行了展望。


包信和院士指出化石能源的使用是温室气体的主要来源(>80%),实现碳中和目标意味着必须彻底颠覆从工业革命建立起来的以化石能源(煤炭、石油和天然气)为主导的能源体系,重构以非化石能源为主体的世界能源新结构。这一目标的实现必将大大地催生能源科学的基础研究和能源技术的源头创新。


“清洁煤化工的未来发展之路,势必摒弃‘野蛮’的氧助气化过程”,包信和建议,采用高效的催化剂和智慧的化学反应过程,在绿氢的帮助下,对煤炭分子进行精准剪裁,获得我们需要的化学产品,最终实现精准的“分子炼煤”。


“氢能在未来能源构架中将与电力一起居于核心位置,氢能的发展是碳中和目标实现的关键。”包信和介绍,根据制取氢能所输入的能量来源不同,氢可以被分为不同种类。“输入的能量源于可再生能源,如光、风等发电用于电解水,这样获得的氢称为‘绿氢’。只有绿氢会成为未来清洁可持续能源的核心。”包信和介绍,现今较常用的方法是高压瓶储氢,这种传统方法经济、适用、便于操作,也适合未来的加氢设施。“今年5月,我国第一款70Mpa塑料内胆复合气瓶已经通过验收,未来批量生产后,将为我国氢燃料电池汽车的规模化生产提供很好的支撑。”


高福:预防是最经济最有效的健康策略


高福院士的报告以《疾病控制与健康中国:向科学要答案》为题,阐述了新冠病毒是什么、从哪里来、如何感染人类等关键问题。高福院士指出疾控事业的发展要向科学要答案,科学助力了传染病的防控,同时,也助力了慢性病防控、健康影响因素监测与干预,以及人类命运共同体建立,健康中国的建设发展更要向科学要答案。


人类同疾病较量最有力的武器就是科学技术,人类战胜大灾大疫离不开科学发展和技术创新。提高治愈率、降低病亡率,最终战胜新冠肺炎疫情,关键要靠科技。“科学不光是求真,告诉你是什么,科学可以从顶天的科研直接到立地的产品。”高福说。


面对新冠疫情,中国成功分离出世界上首个新冠病毒毒株,完成病毒基因测序,开发一批临床救治药物。“我们通过基因组测序对病毒进行溯源,发现多起疫情是由进口冷链产品通过国际海洋渔业贸易受到较高负荷的SARS-CoV-2污染。”高福说,“SARS-CoV-2可通过远距离、近距离接触传播给冷链装卸或加工工人。”


“我们筛选出两株单克隆抗体,CA1和CB6能够阻断SARS-CoV-2-RBD与hACE2受体结合,有较强的中和活性。在非人灵长类动物模型中进行测试发现,CB6- LALA可以抑制SARSCoV-2病毒滴度,并减少感染相关的肺损伤。”


高福强调,这对病毒RBD蛋白表位的鉴定至关重要,将为开发疫苗提供有价值的信息,“分离出的具有中和作用的单克隆抗体CB6可能是一种潜在的治疗药物,目前中美均已进入临床试验。”


高福在演讲中表示,目前全球共有7条疫苗研发技术路线,共有272个候选疫苗,其中88个进入临床试验。我国目前有三款灭活疫苗、一款腺病毒载体疫苗或附条件上市,一款重组蛋白疫苗获批应急使用。几款疫苗均表现出良好的免疫原性和安全性。


“这次抗击新冠肺炎疫情的实践再次证明,预防是最经济最有效的健康策略。”高福建议,把科学普及放在与科技创新同等重要的位置,“在新冠肺炎疫情中,公众对科普的需求非常强烈。通过浅显的语言将科学原理表述清楚,真正回应公众需求,让大家能够及时接受准确的信息,是广大科研人员需要共同努力的方向。”


焦念志:中国应全面进行海洋负排放科学规划


焦念志院士的报告以《海洋负排放》为题,指出海洋负排放是实现碳中和的重要途径。自然碳汇无法满足碳中和需求,必须主动增汇,即负排放。海洋储存了地球上93%的二氧化碳,对调节气候变化发挥着无可替代的作用。


报告根据国内外海洋碳汇最新研究进展、结合我国海区的实际情况,讨论海洋负排放的理论与方法、可实施的路径与方案,涉及陆海统筹增汇、近海缺氧环境增汇、海水养殖区增汇、海岸带蓝碳增汇、黏土和矿物增汇,以及珊瑚礁生态系统增汇等。


焦念志院士介绍:“多样的自然海洋环境条件为我国实施各种类型的负排放提供了空间。我国基于微型生物碳泵MCP原创理论和国际上对海洋储碳机制的认识,提出整合MCP、BCP、CCP的耦合储碳机制(MBC),通过学科交叉研究,将突破单一储碳机制的局限性,实现海洋储碳最大化。”


“目前,我们发起的海洋负排放国际大科学计划(ONCE),得到了国际同行的积极响应,已有来自15个国家的科学家签约。”焦念志提出,应全面进行海洋负排放科学规划、及时布局相关研究与研发,尽快建立相关的方法与技术体系,通过ONCE推出中国领衔制定的海洋碳汇/负排放有关标准体系,为构建人类命运共同体提供中国方案。


黄如:线宽缩小不再是唯一技术路线


黄如院士的报告以《后摩尔时代集成电路技术发展探讨》为题,报告从集成电路技术现状出发,从器件、材料、工艺、电路架构等多个层次探讨了推动集成电路技术发展的新路径以及未来发展趋势。


黄如院士指出,集成电路技术是现代信息社会的基石,在国家安全、国民经济、科学探索、社会文明等方面发挥着不可或缺的关键作用。当前,集成电路技术已进入后摩尔时代,面临尺寸缩小瓶颈、能耗瓶颈及算力瓶颈等诸多挑战,技术发展进入重要的历史转折期,线宽缩小不再是唯一技术路线,而是走向功耗和应用为驱动的多样化发展路线。


黄如表示,随着集成电路技术的不断发展,特征尺寸、集成度、性能、功耗、成本等摩尔定律特征从22纳米节点不再统一提升或缩减,研发成本从22纳米节点以后显著上升,集成电路技术的发展进入后摩尔时代。


“从22纳米FinFET技术(代工厂的16纳米技术)开始,尽管与经典的等比例缩小路线有所偏离,近十年来集成电路技术依然高速发展,在器件、材料、工艺等领域频繁的技术迭代推动下,先进逻辑制造技术进入了5纳米量产阶段,2纳米技术正在研发,1纳米技术研发开始部署。”黄如介绍,先进的10纳米级DRAM存储器和128层V-NAND闪存技术也进入了市场。


“集成电路技术正进入重要的历史转折期,新原理、新结构器件结合新材料、新工艺技术、新设计方法风起云涌,学科交叉更强调深度和广度的推进。”黄如指出,在先进制造技术的基础上,发展三维集成技术、系统级协同优化技术,实现不同功耗约束下的多样化系统集成,后摩尔时代集成电路技术发展呈现典型的“N分天下”新态势,“经典摩尔定律与等效缩比等超摩尔新定律并存互促,为集成电路发展开辟了更多的道路”。


翟婉明:未来高铁向着更快更智能出发


翟婉明院士的报告以《中国高铁发展面临的科技挑战与对策》为题,在回顾中国铁路提速和高速铁路发展历程的基础上,重点论述了中国高铁发展过程中所面临的工程科技挑战,特别是在高铁设计阶段和运营阶段分别面临的主要科技挑战。


翟婉明结合学部重大咨询项目《我国轨道交通发展战略研究》的阶段性成果,提出我国高速铁路的未来发展方向,以及实现中国高铁引领世界发展所面临的新挑战和新问题。


翟婉明指出,未来中国高铁应在智能建造、智能装备、智能运营、智能养护维修、智能服务等方面推进技术和管理创新,全面提升中国高铁智能化水平,从而率先建成国际领先的现代化铁路强国。


在翟婉明看来,当前还有许多尚需突破的难题,如轮对、轴承、减振器等关键核心部件长期依赖进口,亟须实现我国高速列车核心部件自主化。“未来高铁的发展应着重考虑速度、效益、节能环保和经济性等技术指标的综合提升。”


翟婉明介绍,目前我国大量高铁线路未达速运营,“设计时速350公里的高铁线路中,目前仅京沪、京张、京津城际、成渝等4条高铁达速运行,其余20余条运营时速均为300公里”。他建议,应尽快使我国高铁按照设计标准达速运行,充分挖掘高铁线路的运输能力,提高效益。


在谈到真正全面实现高铁智能化时,翟婉明表示:“这还需突破诸多关键技术,比如构建高铁列车智能调度指挥系统、建设智能高铁车站、高铁设备采用电子标签管理等。”