中科院大連化學物理研究所供圖

中科院潔凈能源A類先導專項啟動會

第二屆潔凈能源高端論壇

潔凈能源國家實驗室（籌）實驗樓

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■本報記者 李晨陽

能源是一局大棋，擅弈則利國利民。

在關系全人類命運的能源“棋盤”上，散布著一顆顆大小不一的棋子：煤炭、石油、天然氣、風能、水能、光能、生物能源、核能……縱覽全局，你會發(fā)現(xiàn)，三大傳統(tǒng)化石能源依然占據絕對優(yōu)勢，為數眾多的新能源雖然生命力旺盛，但始終偏居一隅。更令人遺憾的是，大多數時候，這些棋子各自為戰(zhàn)，缺少縱橫捭闔的全局戰(zhàn)略和分進合擊的協(xié)同戰(zhàn)術。

“現(xiàn)有能源體系中的各個分系統(tǒng)不僅相對獨立、缺乏聯(lián)系，還存在許多結構性矛盾。”中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱大連化物所）所長、中國工程院院士劉中民說，“能源體系太龐大、太復雜了，常常是一個領域的專家完全不懂另一個領域的事，這對科學家個人能力也提出了挑戰(zhàn)。”

有著數十年煤化工、石油化工領域研究經歷的劉中民，心中一直揣著這盤能源的棋局。他期待著我國能加強頂層設計，整合國內能源領域優(yōu)勢力量，構建國家能源新體系。在這條路上，大連化物所的步伐從未停下，而2017年開始建設的中國科學院潔凈能源創(chuàng)新研究院（以下簡稱潔凈能源創(chuàng)新研究院），就是其中一項積極探索。

全國一盤棋

能源體系關乎國家命運，國家政策又反過來影響能源布局。對這一點，大連化物所研究員朱文良深有感觸。

乙醇是世界公認的清潔燃料，具有無毒、可降解、含氧量高等特點。在大氣污染問題日益凸顯的今天，發(fā)展燃料乙醇的意義已毋庸置疑。

當前制備乙醇的方法主要以糧食為原料，有可能造成“與人爭糧”的局面。如果能以煤炭為原料生產乙醇，則可以避免這些問題，但又有很大技術難度。

作為一個人均耕地面積只有世界平均水平40%的人口大國，中國顯然難以承載糧食燃料乙醇的大規(guī)模發(fā)展。2006年，國家收回了燃料乙醇項目的審批權，轉而推動非糧燃料乙醇項目。然而，在煤炭制乙醇等技術取得突破進展的同時，相關政策法規(guī)、標準制定卻依然滯后。

2017年1月，陜西延長石油（集團）有限責任公司（以下簡稱延長石油）10萬噸/年合成氣制乙醇工業(yè)示范項目產出合格的無水乙醇，成為煤制乙醇技術領域的全球領跑者。作為項目負責人的朱文良知道，這雖然是一個了不起的成功，但未來要走的路還需要國家政策支持。

多年來，世界范圍內尚未有成熟、經濟的煤制乙醇技術。不是大家不想做，而是這件事情實在不好做。2010年前后，僅大連化物所就有4個團隊在研發(fā)煤制乙醇技術。無聲的賽跑、激烈的競爭，給每個人帶來不小的壓力。

2013年初，劉中民、朱文良研究團隊率先攻克難關�？吹綄嶒灣晒Φ哪且豢蹋�每個人臉上都洋溢著難以抑制的欣喜和自豪。

短暫的喜悅后，他們很快沉下心來，迅速投入后續(xù)工作中。探索催化劑成型、研發(fā)適于工業(yè)放大的工藝技術、建設全流程生產線……最終他們和延長石油一起，合作完成了相關工業(yè)示范項目，并且成功運行投產。兩年多來，這條生產線保持著良好的運行狀況和盈利能力，吸引了一撥又一撥企業(yè)前來洽談合作。

“但就在這個節(jié)點上，我們陷入膠著，大規(guī)模工業(yè)化進展緩慢。”朱文良說。現(xiàn)行的乙醇汽油國家標準是針對生物乙醇提出的，全新的煤基乙醇則由于沒有標準，一直處于“無標可依”的尷尬地位。

“實際上，煤基無水乙醇的各項指標完全符合燃料乙醇的要求，且成本從生物乙醇每噸5500元左右降低到3500元左右。”朱文良說，“很多企業(yè)對煤基乙醇很感興趣，但因為煤基乙醇尚未被納入國家燃料乙醇標準，政策不到位，所以觀望者居多。”

“我國煤炭資源占化石資源總量的95%，以煤為原料制取燃料、用煤替代石油制取大宗化學品，是彌補我國能源結構缺陷、緩解石油供應壓力的重要途徑。”劉中民說。在我國能源體系中，類似這樣亟待變革的問題還有很多。但要讓這些嘗試改革的探索走得通，只靠技術是遠遠不夠的。能源領域每一個微小的變化，都牽涉到標準規(guī)范的制定、制度架構的重整、產業(yè)結構轉型乃至更大范圍的洗牌。

“因此，要想構建國家能源新體系，就必須從頂層設計出發(fā)，布局實施能源領域重大科技任務；同時打造高端智庫，開展統(tǒng)攝全局的能源發(fā)展戰(zhàn)略研究，為國家政策制定和路線規(guī)劃提供科學依據。”劉中民說，“這需要一個前所未有的、大規(guī)模的綜合性研究機構。”

遣棋布陣

劉中民理想中的研究機構，是一個多學科交叉、全鏈條貫通的潔凈能源國家實驗室。從2006年科技部提出啟動第二批國家實驗室試點建設起，大連化物所就開始了國家實驗室的籌建工作。與國內其他籌建中的國家實驗室一樣，潔凈能源國家實驗室建設也面臨著重重挑戰(zhàn)——來自不同系統(tǒng)的創(chuàng)新單元如何高效聯(lián)動、優(yōu)勢互補，來自不同單位的各種人才如何順暢交流、通力合作，都考驗著制度設計的智慧和統(tǒng)籌管理的能力。

中科院“率先行動”計劃啟動實施后，研究所分類改革提出的“四類機構”的嶄新概念給大連化物所帶來了新機遇、新靈感。作為四類機構之一的“創(chuàng)新研究院”，正是從頂層設計出發(fā)，整合相關科研機構或科技資源，牽頭承擔重大科技任務，解決重大科技問題。大連化物所領導班子意識到，策劃籌建一個潔凈能源領域的創(chuàng)新研究院，將為探索潔凈能源國家實驗室建設儲備寶貴的經驗和資源。

在2017年第7次中科院院長辦公會議上，大連化物所報送的潔凈能源創(chuàng)新研究院實施方案獲得審議通過。同年10月，中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院正式籌建。

潔凈能源創(chuàng)新研究院采取“1家依托單位+X家參與單位+N個合作團隊”的發(fā)展模式籌建。與其他相似體制的創(chuàng)新研究院不同，它的依托單位不是“1”，而是“1+1”。自2017年3月起，應中科院黨組要求，大連化物所和中科院青島生物能源與過程研究所開始了融合發(fā)展。

“剛剛接到兩所融合的任務時，我們也有些困惑：一臺計算機裝兩套操作系統(tǒng)，難道不會死機嗎？”劉中民說。于是他們首先把兩家研究所的所有規(guī)章制度重新檢查一遍，做到統(tǒng)一標準、統(tǒng)一體系。在此基礎上，用一套行政班子、兩套黨委和紀委班子，通過深化科技體制改革實現(xiàn)“1+1>2”的融合發(fā)展目標。

此外，在“X”的層面上，潔凈能源創(chuàng)新研究院聯(lián)合中科院工程熱物理研究所、廣州能源研究所、山西煤炭化學研究所、電工研究所、中國科學技術大學（以下簡稱中國科大）等中科院內十余家能源領域優(yōu)勢力量；在“N”的層面上，則積極拓展與行業(yè)領軍企業(yè)的戰(zhàn)略合作，集中建立示范和產業(yè)化基地，探索科技與金融融合發(fā)展的新模式。

從研究所到創(chuàng)新研究院的改革，是從單一部隊到集團軍的變革。“最大的挑戰(zhàn)在于，怎么把這么多單位、這么多人聯(lián)合起來做事情。”大連化物所黨委書記王華說，“我們在實踐中認識到，這種聯(lián)合還是要落實在項目中人與人的合作上。”

于是他們把潔凈能源創(chuàng)新研究院每年運行費的95%拿出來，作為“合作基金”，鼓勵共建單位合作申請項目。也就是說，任何一個大連化物所的研究員要想申請到這筆經費，都必須和某個共建單位的人一起申報項目。

“沒有一個人能單獨拿到這筆錢。”王華笑著說。

大連化物所研究員吳忠?guī)浭堑谝慌�申請�?ldquo;合作基金”的科研人員之一，他和中國科大教授余彥共同申報了一項固態(tài)鈉離子電池項目。

“余老師團隊近幾年一直關注發(fā)展高性能鈉離子電池研究，已經取得了不少原創(chuàng)性研究成果，目前也在積極地將部分成果逐步推向產業(yè)化。”吳忠?guī)浾f，“我們團隊聚焦于二維能源材料研發(fā)，其中一些二維材料如石墨烯、黑磷烯、二硫化鉬等有助于提高鈉離子電池的比容量、安全性和延長使用壽命。”

“合作基金”的出現(xiàn)，將雙方合作落到了實處。“這對我們工作的幫助是很大的，不僅是因為拿到了一筆經費，更重要的是，能充分發(fā)揮雙方的長處，進行優(yōu)勢互補，圍繞一個研究方向合作，共同開展創(chuàng)新性研究。這種跨單位、跨領域合作，很好地拓展了我們的研究方向，正在產出一些更好的科研成果。”吳忠?guī)浾f。

去年，潔凈能源創(chuàng)新研究院從76份申請書中批準了首批24個“合作基金”項目，每項200萬元經費。而今年，已經有181份申請書向科技處涌來。“可見去年的首輪嘗試中，大家嘗到了甜頭。”大連化物所科技處處長肖宇說。

今年提出申請“合作基金”的研究人員中，年輕人比例特別高。但對很多初出茅廬的科研人員來說，他們的人脈和眼界還有局限，并不知道找誰合作最合適。于是科技處特地增加了“牽線配對”服務，根據申請者提出的合作需求，為其在整個潔凈能源創(chuàng)新研究院內尋找匹配的合作者。

別具一格的“合作基金”制度得到了中科院相關領導的肯定。在連續(xù)兩年的創(chuàng)新研究院評估考核中，潔凈能源創(chuàng)新研究院成績都是“優(yōu)秀”，評分名列前茅。

全盤發(fā)力

2018年4月，依托于潔凈能源創(chuàng)新研究院的中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”正式立項。潔凈能源創(chuàng)新研究院以先導專項為抓手，全面推動體制機制創(chuàng)新，進一步為爭取建設國家實驗室而探索機制改革，夯實科研實力。

針對我國能源結構現(xiàn)有缺陷和發(fā)展趨勢，該先導專項提煉出3條發(fā)展主線：化石能源清潔高效利用與耦合替代、清潔能源多能互補與規(guī)模應用、低碳化多能戰(zhàn)略融合。圍繞3條主線，為構建清潔低碳、安全高效的國家能源新體系提供技術基礎。

大連化物所研究員王峰的課題就屬于第二條主線。經過長期探索，他們開發(fā)了一種利用光能驅動生物質下游產品，同時生產氫氣和柴油的技術。這項技術符合開發(fā)可再生能源、減少化石能源使用、提升清潔能源比例的基本思路。

“生物質能源的開發(fā)利用非常重要，但面對的問題相當復雜。過去十幾年，這個領域經歷過一個研究高潮，簡單的問題解決了，此后剩下的都是硬骨頭，而愿意啃硬骨頭的科研人員卻逐漸減少。”王峰說。

多年來，王峰和他的團隊耐住寂寞，在那些“不好發(fā)文章”的領域里一次又一次攻堅克難。“總得有人啃硬骨頭。”他說。他期待著，在潔凈能源創(chuàng)新研究院乃至國家實驗室自上而下的頂層設計中，人才能按需布局，在關鍵領域做重要的事，將3條主線打造得更加扎實全面，將整個能源體系的大廈構建得更加堅固牢靠。

值得欣慰的是，潔凈能源創(chuàng)新研究院正在各個領域、各個方向上布局自己的人才儲備。例如，與中國科大合作籌建化學物理學院，與大連理工大學共建張大煜學院，與鄭州大學共建綠色催化研究所，與遼寧省、大連市共建的中國科學院大學能源學院也即將迎來首批入學新生……多渠道的人才培養(yǎng)措施，將為能源領域的全方位發(fā)力持續(xù)輸血。

他們還定期舉辦潔凈能源國際高端論壇，給國內外專家發(fā)去的每一封邀請函都莊重地署上“中國科學院潔凈能源創(chuàng)新研究院”，讓更多中外科學家了解潔凈能源創(chuàng)新研究院，也讓他們通過學術交流與交鋒，醞釀全新的合作機遇和發(fā)展方向。

2018年，潔凈能源創(chuàng)新研究院與大連市簽訂大連先進光源預研項目合作框架協(xié)議。大連市政府將在項目選址、建設資金上予以支持。作為一個獨具特色的綜合性基礎科學研究平臺，大連先進光源建成后，將有力推動能源化學、凝聚態(tài)物理、原子分子物理、結構生物學、先進材料等學科領域，以及相關高技術產業(yè)的精密加工和尖端制造的發(fā)展。

寶貴契機

朱文良有一個很深的感觸：“做科研，研究平臺非常重要。如果平臺不夠大，研究成果就很難走出實驗室，繼續(xù)向工業(yè)化轉化。”

在潔凈能源創(chuàng)新研究院“1+X+N”的架構中，“N”正是那個幫助科學家和科研成果走出實驗室、走向更寬廣舞臺的窗口。

大連化物所研究員邵志剛越來越體會到這扇窗口的能量。就在6月中旬，他剛剛創(chuàng)下一天連開7個學術會議的紀錄。他們團隊研發(fā)的質子交換膜燃料電池被認為是未來清潔汽車的最佳候選電源之一，與太陽能發(fā)電相結合的可再生氫氧燃料電池也屬于當前最具優(yōu)勢的儲能發(fā)電再生能源技術。

6月13日，在杭州舉行的2019年全國大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新活動周上，參展的新一代車用氫燃料電池備受矚目。中國廣核集團有限公司、天津博弘化工有限責任公司等國內諸多知名企業(yè)紛紛拋來橄欖枝；加拿大國家研究院、美國普渡大學等國際知名科研機構也陸續(xù)前來尋求合作，邵志剛每天奔波于一個又一個會面中，成了大家眼里的“大忙人”。

2018年4月，潔凈能源創(chuàng)新研究院大同轉化基地成立。潔凈能源創(chuàng)新研究院和大同市、大同全科盟新能源產業(yè)技術研究院三方簽署了共建協(xié)議。大同市素有“煤都”之稱，近年來資源枯竭、產業(yè)落后、環(huán)境污染等問題日益嚴峻，如何推進煤炭資源清潔高效利用、促進煤炭產業(yè)科技成果轉化，是擺在這座城市面前的關鍵問題。

潔凈能源創(chuàng)新研究院看中了大同這片土地的資源稟賦。除了煤炭儲量豐富外，大同還有大量風能，當地政府和企業(yè)也對發(fā)展清潔能源抱有極大熱情。未來，隨著一系列科技成果轉化項目在大同落地生根，這里有望成為全國清潔能源多能互補的示范轉化基地，煥發(fā)出嶄新面貌。

除大同外，有“中國能源中樞”之稱的榆林、以煤質優(yōu)良易開采著稱的六盤水、積極布局氫能產業(yè)的蘇州，都正在或即將與潔凈能源創(chuàng)新研究院共建集中示范和產業(yè)化基地。在這些基地內，潔凈能源創(chuàng)新研究院的科技成果可以從上至下、“一條龍”實現(xiàn)產業(yè)化。

“我們的構想是，把我國各典型能源地區(qū)的模式，例如資源、人口、市場等都分析清楚，提供有針對性的戰(zhàn)略規(guī)劃和技術示范。”劉中民解釋說，“中國太大了，不可能用一套方案解決所有地方的問題。”

“中國太大了”“能源領域太大了”，在接受《中國科學報》采訪時，劉中民一次次談到這些令人敬畏的“大”。他相信，面對“大”時代的“大”問題，需要“大”團隊、“大”機構，需要把散落在各地的生力軍匯成一支凝心聚力的集團軍，需要從政府到企業(yè)、從資本到平臺，爭取一切可以團結的力量，共同迎接挑戰(zhàn)、改變格局、闖出一片新天地。

在2015年舉行的巴黎氣候大會上，中國鄭重承諾：“2030年中國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%，使二氧化碳排放達到峰值并爭取盡早實現(xiàn)；非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右。”在《能源生產和消費革命戰(zhàn)略（2016—2030）》中，中國更是明確提出2050年非化石能源消費比重達到50%。

對每一個能源人來說，這不僅是迫在眉睫的計劃表，也是挑戰(zhàn)重重的任務書。單純依靠現(xiàn)有技術的累積性進步，幾乎無法實現(xiàn)2050年的愿景目標。以潔凈能源創(chuàng)新研究院為代表的中國能源科研機構，正在探索建立更強健能力、更完整覆蓋和更交叉協(xié)同的全鏈條科技創(chuàng)新體系，正努力重整棋盤、再布新局，用“高精尖”的棋子下出一盤“穩(wěn)準妙”的大棋，為中國和全人類爭取一個更加綠色、更有希望的明天。