产业前瞻 | 多位院士技术方向研究及发展路线图

产业前瞻 | 多位院士技术方向研究及发展路线图

我国碳捕集利用与封存技术发展研究

碳捕集利用与封存是将二氧化碳从能源利用、工业过程等排放源或空气中捕集分离，通过罐车、管道、船舶等输送到适宜的场地加以利用或封存。碳捕集利用与封存技术，可以实现化石能源利用近零排放，促进钢铁、水泥等难减排行业的深度减排，而且在碳约束条件下，可以增强电力系统灵活性、保障电力安全稳定供应、抵消难减排的二氧化碳和非二氧化碳温室气体排放，是实现碳中和目标不可或缺的重要技术选择。

中国工程院李阳院士研究团队在2021年第6期发表《我国碳捕集利用与封存技术发展研究》一文，对我国碳捕集利用与封存技术水平、示范进展、成本效益、潜力需求等进行了全面评估。文章指出，我国碳捕集利用与封存技术发展迅速，与国际整体发展水平相当，目前处于工业化示范阶段，但部分关键技术落后于国际先进水平。在工业示范方面，我国具备了大规模捕集利用与封存的工程能力，但在项目规模、技术集成、海底封存、工业应用等方面与国际先进水平还存在差距。在减排潜力与需求方面，我国理论封存容量和行业减排需求极大，考虑源汇匹配之后不同地区陆上封存潜力差异较大。在成本效益方面，尽管当前碳捕集利用与封存技术成本较高，但未来可有效降低实现碳中和目标的整体减排成本。为此，文章建议，加快构建碳捕集利用与封存技术体系，推进全链条集成示范，加快管网布局和基础设施建设，完善财税激励政策和法律法规体系。

离岸碳捕集利用与封存技术体系研究

离岸碳捕集、利用与封存（CCUS）技术指从沿海大型或近海碳排放源捕集CO2，加压并运输至离岸封存平台后注入海底地质储层中，实现CO2与大气永久隔离或利用其生产价值产品的过程。离岸CCUS技术是沿海国家或地区通过工程方式为实现碳减排而发展起来的解决方案与技术体系，相对于陆上CCUS技术，具有潜在封存空间广阔、封存安全等诸多优势。

厦门大学李姜辉教授研究团队的《离岸碳捕集利用与封存技术体系研究》一文。文章概要回顾了全球及我国离岸CCUS技术的发展需求与产业现状，分析了发展离岸CCUS的技术性和社会性价值；梳理总结了代表性的离岸CCUS技术发展路线及其态势，如CO2工厂捕集、CO2管道运输、CO2海底咸水层封存与驱油利用、CO2化学利用以及其他技术架构。着眼不同技术创新方向面临的共性问题，提出我国离岸CCUS领域未来发展建议：注重陆海统筹战略规划和布局，培养高水平研究团队，加强各发展阶段的基础研究、核心技术研发、成本控制、规模增扩和政策激励等。

微生物电合成：

利用二氧化碳生产中链脂肪酸

微生物电合成指通过微生物催化剂利用CO2产化学品的电化学技术，也包含基于微生物电化学技术的有机废物生物炼制，可同时实现碳氢化合物合成、CO2生物利用、可再生能源储存。中链脂肪酸可用作抗菌剂、香料添加剂、动物饲料、生物燃料等，运用微生物电合成生产中链脂肪酸，经济效益高于产甲烷或乙酸，有望耦合现有生物炼制技术，推动微生物电合成实用化。

福建农林大学蒋永等研究人员的《微生物电合成中链脂肪酸》一文。文章总结了微生物电合成利用CO2和有机废物产中链脂肪酸的研究现状与发展趋势，对传统发酵产中链脂肪酸的基本原理和研究进展进行了归纳。首先，概述了微生物电合成产中链脂肪酸的相关报道，重点介绍了多电子供体策略；其次，讨论了微生物电合成利用CO2产中链脂肪酸面临的挑战，并针对产甲烷抑制、产乙酸菌三磷酸腺苷限制、产有机溶剂阶段提供多电子供体有限进行了详细阐述；再次，分析了电化学手段促进有机废物生物炼制产中链脂肪酸的潜力；最后，从多级反应、底物供应、产物提取、微生物代谢路径等角度展望了未来发展方向。

建筑结构隐含碳排放限值预设方法研究

绿色建造研究方兴未艾，低碳建筑材料、减量化结构形式、精益施工模式等的研发，有望降低建筑结构的碳排放。生命周期评价等碳排放分析方法虽可以实现面向减碳的多方案比选，但在应用中，对碳排放量最小化的追求将一定程度制约建筑结构设计方案的多样性，可能对建筑结构的安全性、使用性能等其他维度属性造成不利；同时，尚难以确保现有可选低碳方案可满足社会低碳可持续转型需求。因此，有待规范和提出建筑结构隐含碳排放限值，将社会碳减排路径的预期目标需求映射至建筑结构单体设计，为建筑结构设计减碳水平的衡量与优化提供定量依据。

中国工程院肖绪文院士、朱合华院士研究团队《建筑结构隐含碳排放限值预设方法研究》一文。文章指出，建筑隐含碳排放指建材生产、施工、维护、拆除、处置等过程发生的碳排放，隐含碳排放限值是建筑结构碳排放量化调控与减碳目标保障的关键指标。文章从社会“碳中和”所需减碳路径出发，依据建筑结构保有与需求量中的新建与既有结构构成比例，提出减碳目标分解方法，为既有结构低碳维护与新建结构低碳设计提供与宏观年度减碳需求相匹配的限值预设依据。依托“双碳”目标的减碳需求构建行业预期发展情景，在维持现状、常规预估、拆除限制、减量预估四类典型情景下，得出了2022年我国新建建筑结构隐含碳排放限值；给出了2022—2060年建筑结构建造与维护碳排放限值的变化趋势，厘清了新建结构总量控制、既有结构延寿等减碳措施促使结构单体隐含碳排放限值宽松的成效。进一步从概率化调控、区域特征量化、可操作性、数据驱动优化等方面，提出了建筑结构隐含碳排放限值设定的相关建议。

表面"彩虹"上的超分辨率光谱位移传感

基于成像的传感技术是实现生物或化学方面一些重要信息可视化的主要工具。然而，由于经典光学存在衍射极限，为了实现更好的成像能力，传统的光学成像系统通常需要庞大的体积，并且价格昂贵。微型纳米等离子体结构中纳米尺度上的超慢波可以改善光与物质的相互作用，其独特的潜力备受关注。特别地，超材料中光的“彩虹”储存和渐变的等离子体光栅结构，为在芯片上操纵光开辟了全新的、有吸引力的方法。

中国工程院院刊《Engineering》2022年第10期发表美国纽约州立大学布法罗分校Gan Qiaoqiang教授研究团队的《表面"彩虹"上的超分辨率光谱位移传感》一文。文章报道了一种特殊的可以捕获“彩虹”的超表面，并将其应用于芯片光谱仪和传感器。结合超分辨图像处理，通过低设置4×光学显微镜系统可分辨出等离子体“彩虹”捕获超表面上35 nm范围内共振位置的位移，同时该超表面的面积小至0.002 mm2。这种可实现高效耦合的“彩虹”等离子体共振空间操纵的独特特征为小型化片上光谱分析提供了一个新的平台，其光谱分辨率为0.032 nm波长偏移。通过使用该低设置4×光学显微镜成像系统，文章展示了A549外泌体的生物传感分辨率为1.92×109个∙mL-1，并使用外泌体表皮生长因子受体（EGFR）的表达值来区分患者样本和健康对照样本，从而展示了一种精确特异性生物/化学传感检测应用的新型片上传感系统。

精简指令集架构加速芯片研发

作为流线型计算机芯片指令集架构，第五代精简指令集计算机（RISC-V）具有设计简洁、模块化、开源和有丰富的软件生态，现已进入了高速发展阶段，不仅可以用于定制处理器，还可以用于定制芯片，应用前景广阔。

《精简指令集架构加速芯片研发》文章报道了RISC-V的研究及应用进展情况，介绍了RISC-V在推动芯片研发方面的潜力，分析了当前RISC-V与定制机器学习加速技术组合后用于智能芯片研发方面的进展。文章指出，RISC-V的发展前景广阔，但也面临一些挑战，如基于RISC-V的新型软件编译器、处理器和计算机设计必须从头开始建立，这是一项耗时而昂贵的工作；尽管RISC-V已经得到了几个Linux发行版的支持，如Ubuntu、Debian、FreeBSD、NetBSD和OpenBSD，但还没能适应其他一些广泛使用的操作系统。

来源：中国工程院院刊