必讀 | 多位院士技術方向研究及發展路線圖 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發展研究
碳捕集利用與封存是將二氧化碳從能源利用、工業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，可以實現化石能源利用近零排放，促進鋼鐵、水泥等難減排行業的深度減排，而且在碳約束條件下，可以增強電力系統靈活性、保障電力安全穩定供應、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放，是實現碳中和目標不可或缺的重要技術選擇。
中國工程院李陽院士研究團隊在2021年第6期發表《我國碳捕集利用與封存技術發展研究》一文，對我國碳捕集利用與封存技術水平、示范進展、成本效益、潛力需求等進行了全面評估。文章指出，我國碳捕集利用與封存技術發展迅速，與國際整體發展水平相當，目前處于工業化示范階段，但部分關鍵技術落后于國際先進水平。在工業示范方面，我國具備了大規模捕集利用與封存的工程能力，但在項目規模、技術集成、海底封存、工業應用等方面與國際先進水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國理論封存容量和行業減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區陸上封存潛力差異較大。在成本效益方面，盡管當前碳捕集利用與封存技術成本較高，但未來可有效降低實現碳中和目標的整體減排成本。為此，文章建議，加快構建碳捕集利用與封存技術體系，推進全鏈條集成示范，加快管網布局和基礎設施建設，完善財稅激勵政策和法律法規體系。
離岸碳捕集利用與封存技術體系研究
離岸碳捕集、利用與封存（CCUS）技術指從沿海大型或近海碳排放源捕集CO2，加壓并運輸至離岸封存平臺后注入海底地質儲層中，實現CO2與大氣永久隔離或利用其生產價值產品的過程。離岸CCUS技術是沿海國家或地區通過工程方式為實現碳減排而發展起來的解決方案與技術體系，相對于陸上CCUS技術，具有潛在封存空間廣闊、封存安全等諸多優勢。
廈門大學李姜輝教授研究團隊的《離岸碳捕集利用與封存技術體系研究》一文。文章概要回顧了全球及我國離岸CCUS技術的發展需求與產業現狀，分析了發展離岸CCUS的技術性和社會性價值；梳理總結了代表性的離岸CCUS技術發展路線及其態勢，如CO2工廠捕集、CO2管道運輸、CO2海底咸水層封存與驅油利用、CO2化學利用以及其他技術架構。著眼不同技術創新方向面臨的共性問題，提出我國離岸CCUS領域未來發展建議：注重陸海統籌戰略規劃和布局，培養高水平研究團隊，加強各發展階段的基礎研究、核心技術研發、成本控制、規模增擴和政策激勵等。
微生物電合成：利用二氧化碳生產中鏈脂肪酸
微生物電合成指通過微生物催化劑利用CO2產化學品的電化學技術，也包含基于微生物電化學技術的有機廢物生物煉制，可同時實現碳氫化合物合成、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，運用微生物電合成生產中鏈脂肪酸，經濟效益高于產甲烷或乙酸，有望耦合現有生物煉制技術，推動微生物電合成實用化。
福建農林大學蔣永等研究人員的《微生物電合成中鏈脂肪酸》一文。文章總結了微生物電合成利用CO2和有機廢物產中鏈脂肪酸的研究現狀與發展趨勢，對傳統發酵產中鏈脂肪酸的基本原理和研究進展進行了歸納。首先，概述了微生物電合成產中鏈脂肪酸的相關報道，重點介紹了多電子供體策略；其次，討論了微生物電合成利用CO2產中鏈脂肪酸面臨的挑戰，并針對產甲烷抑制、產乙酸菌三磷酸腺苷限制、產有機溶劑階段提供多電子供體有限進行了詳細闡述；再次，分析了電化學手段促進有機廢物生物煉制產中鏈脂肪酸的潛力；最后，從多級反應、底物供應、產物提取、微生物代謝路徑等角度展望了未來發展方向。
建筑結構隱含碳排放限值預設方法研究
綠色建造研究方興未艾，低碳建筑材料、減量化結構形式、精益施工模式等的研發，有望降低建筑結構的碳排放。生命周期評價等碳排放分析方法雖可以實現面向減碳的多方案比選，但在應用中，對碳排放量最小化的追求將一定程度制約建筑結構設計方案的多樣性，可能對建筑結構的安全性、使用性能等其他維度屬性造成不利；同時，尚難以確保現有可選低碳方案可滿足社會低碳可持續轉型需求。因此，有待規范和提出建筑結構隱含碳排放限值，將社會碳減排路徑的預期目標需求映射至建筑結構單體設計，為建筑結構設計減碳水平的衡量與優化提供定量依據。
中國工程院肖緒文院士、朱合華院士研究團隊《建筑結構隱含碳排放限值預設方法研究》一文。文章指出，建筑隱含碳排放指建材生產、施工、維護、拆除、處置等過程發生的碳排放，隱含碳排放限值是建筑結構碳排放量化調控與減碳目標保障的關鍵指標。文章從社會“碳中和”所需減碳路徑出發，依據建筑結構保有與需求量中的新建與既有結構構成比例，提出減碳目標分解方法，為既有結構低碳維護與新建結構低碳設計提供與宏觀年度減碳需求相匹配的限值預設依據。依托“雙碳”目標的減碳需求構建行業預期發展情景，在維持現狀、常規預估、拆除限制、減量預估四類典型情景下，得出了2022年我國新建建筑結構隱含碳排放限值；給出了2022—2060年建筑結構建造與維護碳排放限值的變化趨勢，厘清了新建結構總量控制、既有結構延壽等減碳措施促使結構單體隱含碳排放限值寬松的成效。進一步從概率化調控、區域特征量化、可操作性、數據驅動優化等方面，提出了建筑結構隱含碳排放限值設定的相關建議。
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是實現生物或化學方面一些重要信息可視化的主要工具。然而，由于經典光學存在衍射極限，為了實現更好的成像能力，傳統的光學成像系統通常需要龐大的體積，并且價格昂貴。微型納米等離子體結構中納米尺度上的超慢波可以改善光與物質的相互作用，其獨特的潛力備受關注。特別地，超材料中光的“彩虹”儲存和漸變的等離子體光柵結構，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期發表美國紐約州立大學布法羅分校Gan Qiaoqiang教授研究團隊的《表面"彩虹"上的超分辨率光譜位移傳感》一文。文章報道了一種特殊的可以捕獲“彩虹”的超表面，并將其應用于芯片光譜儀和傳感器。結合超分辨圖像處理，通過低設置4×光學顯微鏡系統可分辨出等離子體“彩虹”捕獲超表面上35 nm范圍內共振位置的位移，同時該超表面的面積小至0.002 mm2。這種可實現高效耦合的“彩虹”等離子體共振空間操縱的獨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。通過使用該低設置4×光學顯微鏡成像系統，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）的表達值來區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/化學傳感檢測應用的新型片上傳感系統。
精簡指令集架構加速芯片研發
作為流線型計算機芯片指令集架構，第五代精簡指令集計算機（RISC-V）具有設計簡潔、模塊化、開源和有豐富的軟件生態，現已進入了高速發展階段，不僅可以用于定制處理器，還可以用于定制芯片，應用前景廣闊。
《精簡指令集架構加速芯片研發》文章報道了RISC-V的研究及應用進展情況，介紹了RISC-V在推動芯片研發方面的潛力，分析了當前RISC-V與定制機器學習加速技術組合后用于智能芯片研發方面的進展。文章指出，RISC-V的發展前景廣闊，但也面臨一些挑戰，如基于RISC-V的新型軟件編譯器、處理器和計算機設計必須從頭開始建立，這是一項耗時而昂貴的工作；盡管RISC-V已經得到了幾個Linux發行版的支持，如Ubuntu、Debian、FreeBSD、NetBSD和OpenBSD，但還沒能適應其他一些廣泛使用的操作系統。
