■本报记者 高雅丽 李晨 王之康

习近平总书记在两院院士大会和中国科协第十次全国代表大会上指出，要发挥两院作为国家队的学术引领作用、关键核心技术攻关作用、创新人才培养作用，解决重大原创的科学问题，勇闯创新“无人区”，突破制约发展的关键核心技术，发现、培养、集聚一批高素质人才和高水平创新团队。

5月30日，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。中国科学院院士丁仲礼、李儒新、包信和、高福、焦念志、黄如、翟婉明分别作学术报告，从科学前沿热点、国家经济社会可持续发展等角度，阐述了对解决重大原创科学问题，勇闯创新“无人区”的认识和建议。

丁仲礼：碳中和过程需要“三端发力”

“碳中和过程既是挑战又是机遇，这将会是经济社会的大转型，是一场涉及广泛领域的大变革。”丁仲礼在学术报告会上说。这轮“大转型”需要在能源结构、能源消费、人为固碳“三端发力”，所需资金将会是天文数字，决不可能依靠政府财政补贴得以满足，必须坚持市场导向，鼓励竞争，稳步推进。

当前，世界各国碳排放处于不同阶段，大体可分为4个类型。英国、法国和美国等发达国家的排放在上世纪70~80年代就已经实现达峰，目前正处于达峰后的下降阶段。我国还处于产业结构调整升级以及经济增长进入新常态的阶段，排放量逐步进入“平台期”。印度等新兴国家排放量还在上升。大量发展中国家和农业国，伴随经济社会快速发展的排放尚未“启动”。

“我国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，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。”丁仲礼说。

针对碳中和问题中的科技需求，中科院学部设立重大咨询项目“中国碳中和框架路线图研究”。丁仲礼指出，碳中和概括起来就是一个“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，构建“新型电力系统或能源供应系统”；第二端是能源消费端，力争在居民生活、交通、工业、农业、建筑等绝大多数领域中，实现电力、氢能、地热、太阳能等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。简言之，就是选择合适的技术手段实现“减碳、固碳”，逐步达到碳中和。

基于碳中和国家战略目标和中科院碳专项的已有成果，丁仲礼提出了5个方面的初步看法。

他表示，“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，谁将在未来国际竞争中取得优势。同时，政府的财政资金应主要投入在技术研发、产业示范上，力争使我国技术和产业的迭代进步快于他国。在此过程中，特别要防止能源价格明显上涨，影响居民生活和产品出口。

项目组认为，我国学术界应该秉持开放的态度，广泛参与，发挥出想象力和创造力；国家有关部门在确定路线图的问题上可考虑先经历一段“百家争鸣”时期，不要急于“收口”。

同时，在“大转型”中，行业的协调共进极其重要。“减碳、固碳”“电力替代”“氢能替代”均需要增加企业的额外成本，如果某一行业不同企业间不能协调共进，势必会使“不作为企业”节约了成本，从而出现“劣币驱逐良币”现象，分行业设计碳中和路线图及有效的激励/约束制度需尽早提上日程。

此外，丁仲礼表示，评价国家、区域、行业、企业甚至家庭的碳中和程度，需从收、支两端计量。从能源消费角度论，“支”（排放）相对容易计量；“收”（固碳）由于类型多样、过程复杂，很难精确计量，尤其是“人为努力”下的固碳增量不易确定。由此，国家应尽早建立系统的监测、计算、报告、检核的标准体系，以期针对我国的碳收支状况，保证话语权在我。

丁仲礼建议对未来排放权的分配、碳排放的报告核查等问题进行深入研究。“在科技支撑方面，还有很多基础性的科学问题，比如二氧化碳对增温的敏感性等需要深入研究。在碳中和问题上，科技界依然任重而道远。”丁仲礼说。

包信和：“绿氢”是实现碳中和的关键

“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。”包信和在学术报告会上说。

包信和认为，清洁煤化工的未来发展之路，势必要摒弃“野蛮”的氧助气化过程，必须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，获得需要的化学产品，最终实现精准的“分子炼煤”。

在二氧化碳转化和资源化利用方面，包信和指出，有效的二氧化碳利用途径必须满足两个重要条件：一是有持续的可再生能源供给，二是能从非碳资源获得氢气。而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。

根据制氢所输入的能量来源不同，氢被分为不同种类。输入的能量源于可再生能源，如光、风等发电用于电解水，其获得的氢称之为“绿氢”。“只有绿氢才是碳中和的关键，也只有绿氢会成为未来清洁可持续能源的核心。”包信和说。

据统计，现在世界上每年消耗的氢气在5000万吨左右，其中96%来自化石能源，仅4%来自电解水，而且所用的电也并非全部来自可再生能源。包信和强调，在碳中和背景下，科技创新和资本投入要重点关注水电解，尤其要大力发展可再生能源驱动的大规模水电解制氢。

包信和指出，氢作为能源使用，要解决的另一个问题是储存和输运。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。今年5月，我国第一款 70Mpa塑料内胆复合气瓶已通过验收，未来批量生产将为我国氢燃料电池汽车的规模化提供很好的支撑。

“原理上说，只要是用碳作为能源和作为还原剂的地方，最终都能用氢进行替代，从而降低二氧化碳排放。这就需要我们大胆颠覆现有的生产模式和范式，创新技术，在钢铁冶金、水泥建材生产、煤的直接炼制和化工过程中不断革新。”包信和建议。

黄如：集成电路技术革新 “N分天下”

集成电路技术的发展已经进入后摩尔时代。黄如在报告会上探讨了后摩尔时代集成电路技术的发展态势。她说，当前，集成电路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，技术革新呈现“N分天下”的态势。

进入后摩尔时代，随着集成电路特征尺寸持续缩小，短沟道效应、平面光刻衍射极限、统计不确定性、冯·诺伊曼能效瓶颈等问题日益严重，集成电路技术发展面临尺寸缩小瓶颈、能耗瓶颈及算力瓶颈等挑战。

黄如指出，后摩尔时代的集成电路特征尺寸已经进入量子效应显著的范围，引起一系列次级物理效应，包括栅隧穿泄漏、载流子界面散射、强场速度饱和、源漏寄生电阻占比增大等。上述效应导致功耗密度快速上升，芯片工作主频提升主要受到散热能力的限制。从另一个角度来说，正是芯片的功耗瓶颈使得尺寸缩小难以维持既有比例。

“近10年来集成电路技术依然高速发展。在器件、材料、工艺、设备、设计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纳米研发开始部署。”黄如说。

她认为，后摩尔时代集成电路技术发展和未来趋势呈现以下主要特点：在一定功耗约束下进行能效比的优化成为重要需求和主要发展趋势；向第3个维度进行等效的尺寸微缩或者集成度提升成为重要趋势；从过去单一功能优化走向多功能大集成；协同优化成为后摩尔时代材料、器件、工艺、电路与架构技术创新的重要手段。

黄如总结说，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。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：未来高铁更快更智能

短短10多年间，我国高铁从无到有，形成了世界最大的高速铁路网。翟婉明在报告会上回顾了中国高速铁路技术发展历程。他说，高铁不仅以特有的“颜值”和“气质”改变着人们的出行方式和生活品质，也不断缩小祖国内地与边疆、城市与农村差别，对国民经济持续快速发展和国防现代化建设起到了重要作用。

我国高铁在发展初期，由于缺乏设计和施工经验，面临着一系列工程建设挑战。其中，最大的挑战是没有高速铁路设计标准。为了解决这一难题，翟婉明团队依靠动力学理论，开展大量仿真分析，进行参数优化比选。最终，基于基础研究成果与实践积累，确定了高速铁路线路与桥梁关键设计参数。

翟婉明说，我国高速列车发展经历了引进、消化、吸收、再创新至完全自主化创新的全过程，其中也遇到了诸多困难与挑战，主要是如何在短时间内实现对国外不同种类高速列车技术的消化与吸收，真正实现引进技术基础上的完全自主化。

为此，国内动车组引进企业联合科研院所，先后掌握了动车组总成、车体、转向架、牵引变流器等核心技术。“引进、消化、吸收策略实现了我国高速列车技术从无到有的跨越，使我国获得了高速列车的完整研发经验，构建了系统化研发平台，培养了大批高速列车研发人才，为高速列车技术再创新打下了基础。”翟婉明说。

2011年，CRH380“和谐号”高速动车组研制成功。2015年，中国标准动车组正式下线。2017年，“复兴号”动车组在京沪高铁上实现时速350公里商业运营，使中国成为世界上高铁运营速度最高的国家，有力支撑了我国高铁“走出去”战略的实施。

然而，翟婉明强调，必须认识到还存在许多难题亟待突破。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。更高速度与智能化是我国高铁未来发展的两大主要方向。

“中国高铁应当破题，我们应该从速度提高所涉及的高铁安全可靠性、绿色环保性、运输经济性等多方面综合考量，并通过不断试验探索最终解决。”翟婉明说，此外，真正全面实现高铁智能化，需要突破诸多关键技术。

高福：预防是最经济最有效的健康策略

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，关键靠科技。

去年下半年，我国出现了北京、青岛等多次小范围疫情。“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，SARS-CoV-2通过远距离近距离接触传播给冷链装卸或加工工人引起的。”高福说，当时在青岛冷链产品外包装上分离到了新冠病毒。

高福团队随后鉴定出S1 CTD（SARS-CoV-2-CTD）是SARS-CoV-2中与hACE2受体相互作用的关键区域。通过解析出SARS-CoV-2-CTD与hACE2结合在一起时分辨率为2.5埃的晶体结构，他们揭示了一种整体上与SARS-CoV RBD类似的受体结合模式。

“但是与SARS-RBD相比，SARS-CoV-2-CTD与hACE2形成更多的原子相互作用。”高福指出，阻止新冠病毒RBD和hACE2之间的相互作用将防止病毒感染。“因此，RBD是中和抗体的重要靶标。”

高福团队从一名新冠康复患者身上分离出的两种单克隆抗体B38和H4抗体，可以阻止病毒S蛋白受体结合区域RBD与人体细胞受体ACE2之间的结合；还筛选出两株单克隆抗体——CA1和CB6，能够阻断SARS-CoV-2-RBD与hACE2受体的结合，有较强的中和活性。

“我们通过在非人灵长类动物模型中进行测试发现，CB6-LALA可以抑制SARS-CoV-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，也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可能是潜在的COVID-19治疗药物。”

不同的新冠肺炎疫情防控策略均表明，疫苗可能是最终解决方案。高福介绍，目前全球共有7条疫苗研发技术路线、272个候选疫苗，其中88个进入临床试验。“我国目前有3款灭活疫苗、1款腺病毒载体疫苗获附条件上市，1款重组蛋白疫苗获批应急使用。几款疫苗都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。”高福表示，要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表述清楚，真正回应公众需求，让大家能够接受正确、准确的信息, ‘隔离’信息流行病，是广大科研人员需要共同努力的方向。”

李儒新：我国具备实现第五代同步辐射潜力

“高功率激光和高能粒子加速器一般归属于不同的学科领域，近年来两个学科相互促进交叉发展的趋势越来越明显，主要包括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。”李儒新在学术报告会上表示。

高能粒子加速器最初便是探索原子核结构的重要手段，同步辐射装置、自由电子激光装置、散裂中子源、对撞机等大科学装置的核心都是高能粒子加速器。

李儒新介绍，目前多个国家团队瞄准了激光尾波场电子加速技术和应用技术的结合；高能质子和重离子加速器不仅在高能物理和产生散裂中子源方面有重要的应用价值，还能在肿瘤精准放疗方面起到作用。

“我国在激光质子加速领域做出了很多具有世界先进水平的理论和实验工作，但激光加速质子要达到放疗所要求的最大能量、流强和稳定性等要求, 仍面临着巨大的挑战。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，还需要对质子束辐射生物学效应进一步深入研究。”李儒新指出。

李儒新在报告中提到，基于激光电子加速器的软X射线自由电子激光原理验证获得成功, 为未来研制小型化X射线自由电子激光器奠定了重要基础。

目前，基于电子储存环的同步辐射光源作为高性能的宽波段光源用户装置，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。他表示，当前国际上有数十台同步辐射装置正在运行中, 其中第三代同步辐射装置是最重要的同步辐射光源装置。国际上多个国家正在大力发展第四代同步辐射装置。

“与此同时, 进一步超越第四代光源的平均亮度, 获得2~3个量级以上提升并实现时空全相干辐射的所谓第五代同步辐射新原理新方法已被提出。我国科学家提出的采用衍射极限电子储存环电子束与高功率激光脉冲相互作用的角色散和调制—反调等新机制，被认为具备实现第五代同步辐射的潜力。”李儒新说。

焦念志：应全面进行海洋负排放科学规划布局

气候变化关乎全人类命运，碳中和是应对气候变化的有效措施。在焦念志看来，实现碳中和，不仅要减少碳排放，还要增加碳汇。自然碳汇无法满足碳中和需求，必须主动增汇，即负排放。

海洋占地球表面积约71%，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。“海洋负排放是实现碳中和的重要途径。”焦念志指出。

在我国，地处热带、亚热带的南海受西太平洋暖池影响，大洋特征明显；地处温带的东海拥有宽广的大陆架，物质运输显著；北部的黄海是冷暖流交汇区域；位于北温带的渤海是受人类活动高度影响的半封闭浅海。同时，上述海域还分别受到珠江、长江、黄河等大江大河的影响。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原创理论和国际上对海洋储碳机制的认识，提出整合微型生物碳泵、生物泵、碳酸盐泵的耦合储碳机制。”焦念志指出，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。

他介绍道，国际上迄今研究最多的海洋碳汇组分是红树林、海草、盐沼等海岸带蓝碳，它们有着重要的生态系统服务功能。广阔的海洋水体中其他碳汇组分储量巨大。例如，肉眼不可见的溶解有机碳占海洋总有机碳量的90%以上，在地球历史上对气候变化起到了重要的调节作用。

焦念志强调，在碳中和目标下，深入研究海洋储碳的过程与机理，研发可行的负排放路径与方法，建立海洋碳汇的标准体系，是摆在我们面前的当务之急。

“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。”焦念志建议，中国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。

（本版图片除署名外，均由本报记者王之康摄影）