必讀 | 多位院士技術(shù)方向研究及發(fā)展路線圖 news.bjx.com.cn 2023-06-12 14:17
日期：2023年07月07日 15:3122
我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究
碳捕集利用與封存是將二氧化碳從能源利用、工業(yè)過程等排放源或空氣中捕集分離，通過罐車、管道、船舶等輸送到適宜的場地加以利用或封存。碳捕集利用與封存技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)化石能源利用近零排放，促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的深度減排，而且在碳約束條件下，可以增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性、保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)不可或缺的重要技術(shù)選擇。
中國工程院李陽院士研究團(tuán)隊(duì)在2021年第6期發(fā)表《我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究》一文，對我國碳捕集利用與封存技術(shù)水平、示范進(jìn)展、成本效益、潛力需求等進(jìn)行了全面評估。文章指出，我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展迅速，與國際整體發(fā)展水平相當(dāng)，目前處于工業(yè)化示范階段，但部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國際先進(jìn)水平。在工業(yè)示范方面，我國具備了大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力，但在項(xiàng)目規(guī)模、技術(shù)集成、海底封存、工業(yè)應(yīng)用等方面與國際先進(jìn)水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國理論封存容量和行業(yè)減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區(qū)陸上封存潛力差異較大。在成本效益方面，盡管當(dāng)前碳捕集利用與封存技術(shù)成本較高，但未來可有效降低實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的整體減排成本。為此，文章建議，加快構(gòu)建碳捕集利用與封存技術(shù)體系，推進(jìn)全鏈條集成示范，加快管網(wǎng)布局和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完善財(cái)稅激勵政策和法律法規(guī)體系。
離岸碳捕集利用與封存技術(shù)體系研究
離岸碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)指從沿海大型或近海碳排放源捕集CO2，加壓并運(yùn)輸至離岸封存平臺后注入海底地質(zhì)儲層中，實(shí)現(xiàn)CO2與大氣永久隔離或利用其生產(chǎn)價值產(chǎn)品的過程。離岸CCUS技術(shù)是沿海國家或地區(qū)通過工程方式為實(shí)現(xiàn)碳減排而發(fā)展起來的解決方案與技術(shù)體系，相對于陸上CCUS技術(shù)，具有潛在封存空間廣闊、封存安全等諸多優(yōu)勢。
廈門大學(xué)李姜輝教授研究團(tuán)隊(duì)的《離岸碳捕集利用與封存技術(shù)體系研究》一文。文章概要回顧了全球及我國離岸CCUS技術(shù)的發(fā)展需求與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，分析了發(fā)展離岸CCUS的技術(shù)性和社會性價值；梳理總結(jié)了代表性的離岸CCUS技術(shù)發(fā)展路線及其態(tài)勢，如CO2工廠捕集、CO2管道運(yùn)輸、CO2海底咸水層封存與驅(qū)油利用、CO2化學(xué)利用以及其他技術(shù)架構(gòu)。著眼不同技術(shù)創(chuàng)新方向面臨的共性問題，提出我國離岸CCUS領(lǐng)域未來發(fā)展建議：注重陸海統(tǒng)籌戰(zhàn)略規(guī)劃和布局，培養(yǎng)高水平研究團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)各發(fā)展階段的基礎(chǔ)研究、核心技術(shù)研發(fā)、成本控制、規(guī)模增擴(kuò)和政策激勵等。
微生物電合成：利用二氧化碳生產(chǎn)中鏈脂肪酸
微生物電合成指通過微生物催化劑利用CO2產(chǎn)化學(xué)品的電化學(xué)技術(shù)，也包含基于微生物電化學(xué)技術(shù)的有機(jī)廢物生物煉制，可同時實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔锖铣?、CO2生物利用、可再生能源儲存。中鏈脂肪酸可用作抗菌劑、香料添加劑、動物飼料、生物燃料等，運(yùn)用微生物電合成生產(chǎn)中鏈脂肪酸，經(jīng)濟(jì)效益高于產(chǎn)甲烷或乙酸，有望耦合現(xiàn)有生物煉制技術(shù)，推動微生物電合成實(shí)用化。
福建農(nóng)林大學(xué)蔣永等研究人員的《微生物電合成中鏈脂肪酸》一文。文章總結(jié)了微生物電合成利用CO2和有機(jī)廢物產(chǎn)中鏈脂肪酸的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，對傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)中鏈脂肪酸的基本原理和研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納。首先，概述了微生物電合成產(chǎn)中鏈脂肪酸的相關(guān)報(bào)道，重點(diǎn)介紹了多電子供體策略；其次，討論了微生物電合成利用CO2產(chǎn)中鏈脂肪酸面臨的挑戰(zhàn)，并針對產(chǎn)甲烷抑制、產(chǎn)乙酸菌三磷酸腺苷限制、產(chǎn)有機(jī)溶劑階段提供多電子供體有限進(jìn)行了詳細(xì)闡述；再次，分析了電化學(xué)手段促進(jìn)有機(jī)廢物生物煉制產(chǎn)中鏈脂肪酸的潛力；最后，從多級反應(yīng)、底物供應(yīng)、產(chǎn)物提取、微生物代謝路徑等角度展望了未來發(fā)展方向。
建筑結(jié)構(gòu)隱含碳排放限值預(yù)設(shè)方法研究
綠色建造研究方興未艾，低碳建筑材料、減量化結(jié)構(gòu)形式、精益施工模式等的研發(fā)，有望降低建筑結(jié)構(gòu)的碳排放。生命周期評價等碳排放分析方法雖可以實(shí)現(xiàn)面向減碳的多方案比選，但在應(yīng)用中，對碳排放量最小化的追求將一定程度制約建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的多樣性，可能對建筑結(jié)構(gòu)的安全性、使用性能等其他維度屬性造成不利；同時，尚難以確?，F(xiàn)有可選低碳方案可滿足社會低碳可持續(xù)轉(zhuǎn)型需求。因此，有待規(guī)范和提出建筑結(jié)構(gòu)隱含碳排放限值，將社會碳減排路徑的預(yù)期目標(biāo)需求映射至建筑結(jié)構(gòu)單體設(shè)計(jì)，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減碳水平的衡量與優(yōu)化提供定量依據(jù)。
中國工程院肖緒文院士、朱合華院士研究團(tuán)隊(duì)《建筑結(jié)構(gòu)隱含碳排放限值預(yù)設(shè)方法研究》一文。文章指出，建筑隱含碳排放指建材生產(chǎn)、施工、維護(hù)、拆除、處置等過程發(fā)生的碳排放，隱含碳排放限值是建筑結(jié)構(gòu)碳排放量化調(diào)控與減碳目標(biāo)保障的關(guān)鍵指標(biāo)。文章從社會“碳中和”所需減碳路徑出發(fā)，依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)保有與需求量中的新建與既有結(jié)構(gòu)構(gòu)成比例，提出減碳目標(biāo)分解方法，為既有結(jié)構(gòu)低碳維護(hù)與新建結(jié)構(gòu)低碳設(shè)計(jì)提供與宏觀年度減碳需求相匹配的限值預(yù)設(shè)依據(jù)。依托“雙碳”目標(biāo)的減碳需求構(gòu)建行業(yè)預(yù)期發(fā)展情景，在維持現(xiàn)狀、常規(guī)預(yù)估、拆除限制、減量預(yù)估四類典型情景下，得出了2022年我國新建建筑結(jié)構(gòu)隱含碳排放限值；給出了2022—2060年建筑結(jié)構(gòu)建造與維護(hù)碳排放限值的變化趨勢，厘清了新建結(jié)構(gòu)總量控制、既有結(jié)構(gòu)延壽等減碳措施促使結(jié)構(gòu)單體隱含碳排放限值寬松的成效。進(jìn)一步從概率化調(diào)控、區(qū)域特征量化、可操作性、數(shù)據(jù)驅(qū)動優(yōu)化等方面，提出了建筑結(jié)構(gòu)隱含碳排放限值設(shè)定的相關(guān)建議。
表面"彩虹"上的超分辨率光譜位移傳感
基于成像的傳感技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生物或化學(xué)方面一些重要信息可視化的主要工具。然而，由于經(jīng)典光學(xué)存在衍射極限，為了實(shí)現(xiàn)更好的成像能力，傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)通常需要龐大的體積，并且價格昂貴。微型納米等離子體結(jié)構(gòu)中納米尺度上的超慢波可以改善光與物質(zhì)的相互作用，其獨(dú)特的潛力備受關(guān)注。特別地，超材料中光的“彩虹”儲存和漸變的等離子體光柵結(jié)構(gòu)，為在芯片上操縱光開辟了全新的、有吸引力的方法。
中國工程院院刊《Engineering》2022年第10期發(fā)表美國紐約州立大學(xué)布法羅分校Gan Qiaoqiang教授研究團(tuán)隊(duì)的《表面"彩虹"上的超分辨率光譜位移傳感》一文。文章報(bào)道了一種特殊的可以捕獲“彩虹”的超表面，并將其應(yīng)用于芯片光譜儀和傳感器。結(jié)合超分辨圖像處理，通過低設(shè)置4×光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)可分辨出等離子體“彩虹”捕獲超表面上35 nm范圍內(nèi)共振位置的位移，同時該超表面的面積小至0.002 mm2。這種可實(shí)現(xiàn)高效耦合的“彩虹”等離子體共振空間操縱的獨(dú)特特征為小型化片上光譜分析提供了一個新的平臺，其光譜分辨率為0.032 nm波長偏移。通過使用該低設(shè)置4×光學(xué)顯微鏡成像系統(tǒng)，文章展示了A549外泌體的生物傳感分辨率為1.92×109個?mL-1，并使用外泌體表皮生長因子受體（EGFR）的表達(dá)值來區(qū)分患者樣本和健康對照樣本，從而展示了一種精確特異性生物/化學(xué)傳感檢測應(yīng)用的新型片上傳感系統(tǒng)。
精簡指令集架構(gòu)加速芯片研發(fā)
作為流線型計(jì)算機(jī)芯片指令集架構(gòu)，第五代精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC-V）具有設(shè)計(jì)簡潔、模塊化、開源和有豐富的軟件生態(tài)，現(xiàn)已進(jìn)入了高速發(fā)展階段，不僅可以用于定制處理器，還可以用于定制芯片，應(yīng)用前景廣闊。
《精簡指令集架構(gòu)加速芯片研發(fā)》文章報(bào)道了RISC-V的研究及應(yīng)用進(jìn)展情況，介紹了RISC-V在推動芯片研發(fā)方面的潛力，分析了當(dāng)前RISC-V與定制機(jī)器學(xué)習(xí)加速技術(shù)組合后用于智能芯片研發(fā)方面的進(jìn)展。文章指出，RISC-V的發(fā)展前景廣闊，但也面臨一些挑戰(zhàn)，如基于RISC-V的新型軟件編譯器、處理器和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)必須從頭開始建立，這是一項(xiàng)耗時而昂貴的工作；盡管RISC-V已經(jīng)得到了幾個Linux發(fā)行版的支持，如Ubuntu、Debian、FreeBSD、NetBSD和OpenBSD，但還沒能適應(yīng)其他一些廣泛使用的操作系統(tǒng)。
