科学网—擅弈能源之棋

  在关系全人类命运的能源“棋盘”上，散布着一颗颗大小不一的棋子：煤炭、石油、天然气、风能、水能、光能、生物能源、核能纵览全局，你会发现，三大传统化石能源依然占据非常大的优势，为数众多的新能源虽然生命力旺盛，但始终偏居一隅。更令人遗憾的是，大多数时候，这些棋子各自为战，缺少纵横捭阖的全局战略和分进合击的协同战术。

  “现有能源体系中的各个分系统不仅相对独立、缺乏联系，还存在许多结构性矛盾。”中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）所长、中国工程院院士刘中民说，“能源体系太庞大、太复杂了，常常是一个领域的专家完全不懂另一个领域的事，这对科学家自身能力也提出了挑战。”

  有着数十年煤化工、石油化工领域研究经历的刘中民，心中一直揣着这盘能源的棋局。他期待着我国能加强顶层设计，整合国内能源领域优势力量，构建国家能源新体系。在这条路上，大连化物所的步伐从未停下，而2017年开始建设的中国科学院洁净能源创新研究院（以下简称洁净能源创新研究院），就是这里面一项积极探索。

  能源体系关乎国家命运，国家政策又反过来影响能源布局。对这一点，大连化物所研究员朱文良深有感触。

  乙醇是世界公认的清洁燃料，具有无毒、可降解、含氧量高等特点。在大气污染问题日渐凸显的今天，发展燃料乙醇的意义已毋庸置疑。

  当前制备乙醇的方法主要以粮食为原料，有可能造成“与人争粮”的局面。如果能以煤炭为原料生产乙醇，则能够尽可能的防止这些问题，但又有很大技术难度。

  作为一个人均耕地面积只有世界中等水准40%的人口大国，中国显然难以承载粮食燃料乙醇的大规模发展。2006年，国家收回了燃料乙醇项目的审批权，转而推动非粮燃料乙醇项目。然而，在煤炭制乙醇等技术取得突破进展的同时，有关政策法规、标准制定却依然滞后。

  2017年1月，陕西延长石油（集团）有限责任公司（以下简称延长石油）10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目产出合格的无水乙醇，成为煤制乙醇技术领域的全球领跑者。作为项目负责人的朱文良知道，这虽然是一个了不起的成功，但未来要走的路还需要国家政策支持。

  多年来，全球范围内尚未有成熟、经济的煤制乙醇技术。不是大家不想做，而是这件事情实在不好做。2010年前后，仅大连化物所就有4个团队在研发煤制乙醇技术。无声的赛跑、激烈的竞争，给每个人带来不小的压力。

  2013年初，刘中民、朱文良研究团队率先攻克难关。看到实验成功的那一刻，每个人脸上都洋溢着难以抑制的欣喜和自豪。

  短暂的喜悦后，他们很快沉下心来，迅速投入后续工作中。探索催化剂成型、研发适于工业放大的工艺技术、建设全流程生产线最终他们和延长石油一起，合作完成了相关工业示范项目，并且成功运行投产。两年多来，这条生产线保持着良好的运作状况和盈利能力，吸引了一拨又一拨企业前来洽谈合作。

  “但就在这个节点上，我们陷入胶着，大规模工业化进展缓慢。”朱文良说。现行的乙醇汽油国家标准是针对生物乙醇提出的，全新的煤基乙醇则由于没标准，长期处在“无标可依”的尴尬地位。

  “实际上，煤基无水乙醇的各项指标全部符合燃料乙醇的要求，且成本从生物乙醇每吨5500元左右降低到3500元左右。”朱文良说，“很多企业对煤基乙醇很感兴趣，但因为煤基乙醇尚未被纳入国家燃料乙醇标准，政策不到位，所以观望者居多。”

  “我国煤炭资源占化石资源总量的95%，以煤为原料制取燃料、用煤替代石油制取大宗化学品，是弥补我国能源结构缺陷、缓解石油供应压力的重要方法。”刘中民说。在我国能源体系中，类似这样亟待变革的问题还有很多。但要让这些尝试改革的探索走得通，只靠技术是远远不足的。能源领域每一个微小的变化，都牵涉到标准规范的制定、制度架构的重整、产业体系转型乃至更大范围的洗牌。

  “因此，要想构建国家能源新体系，就必须从顶层设计出发，布局实施能源领域重大科学技术任务；同时打造高端智库，开展统摄全局的能源发展的策略研究，为国家政策制定和路线规划提供科学依据。”刘中民说，“这需要一个前所未有的、大规模的综合性研究机构。”

  刘中民理想中的研究机构，是一个多学科交叉、全链条贯通的洁净能源国家实验室。从2006年科技部提出启动第二批国家实验室试点建设起，大连化物所就开始了国家实验室的筹建工作。与国内其他筹建中的国家实验室一样，洁净能源国家实验室建设也面临着重重挑战来自不同系统的创新单元如何高效联动、优势互补，来自不同单位的各种人才如何顺畅交流、通力合作，都考验着制度设计的智慧和统筹管理的能力。

  中科院“率先行动”计划启动实施后，研究所分类改革提出的“四类机构”的崭新概念给大连化物所带来了新机遇、新灵感。作为四类机构之一的“创新研究院”，正是从顶层设计出发，整合相关科研机构或科技资源，牵头承担重大科学技术任务，解决重大科学技术问题。大连化物所领导班子意识到，策划筹建一个洁净能源领域的创新研究院，将为探索洁净能源国家实验室建设储备宝贵的经验和资源。

  在2017年第7次中科院院长办公会议上，大连化物所报送的洁净能源创新研究院实施方案获得审议通过。同年10月，中科院洁净能源创新研究院正式筹建。

  洁净能源创新研究院采取“1家依托单位+X家参与单位+N个合作团队”的发展模式筹建。与其他相似体制的创新研究院不同，它的依托单位不是“1”，而是“1+1”。自2017年3月起，应中科院党组要求，大连化物所和中科院青岛生物能源与过程研究所开始了融合发展。

  “刚刚接到两所融合的任务时，我们也有些困惑：一台计算机装两套操作系统，难道不会死机吗？”刘中民说。于是他们第一步把两家研究所的所有规章制度重新检查一遍，做到统一标准、统一体系。在此基础上，用一套行政班子、两套党委和纪委班子，通过深化科技体制改革实现“1+12”的融合发展目标。

  此外，在“X”的层面上，洁净能源创新研究院联合中科院工程热物理研究所、广州能源研究所、山西煤炭化学研究所、电工研究所、中国科学技术大学（以下简称中国科大）等中科院内十余家能源领域优势力量；在“N”的层面上，则积极拓展与行业领军企业的战略合作，集中建立示范和产业化基地，探索科技与金融融合发展的新模式。

  从研究所到创新研究院的改革，是从单一部队到集团军的变革。“最大的挑战在于，怎么把这么多单位、这么多人联合起来做事情。”大连化物所党委书记王华说，“我们在实践中认识到，这种联合还是要落实在项目中人与人的合作上。”

  于是他们把洁净能源创新研究院每年运行费的95%拿出来，作为“合作基金”，鼓励共建单位合作申请项目。也就是说，任何一个大连化物所的研究员要想申请到这笔经费，都必须和某个共建单位的人一起申报项目。

  大连化物所研究员吴忠帅是第一批申请到“合作基金”的科研人员之一，他和中国科大教授余彦共同申报了一项固态钠离子电池项目。

  “余老师团队近几年一直关注发展高性能钠离子电池研究，已经取得了不少原创性研究成果，目前也在积极地将部分成果逐步推向产业化。”吴忠帅说，“我们团队聚焦于二维能源材料研发，其中一些二维材料如石墨烯、黑磷烯、二硫化钼等有助于提高钠离子电池的比容量、安全性和延长常规使用的寿命。”

  “合作基金”的出现，将双方合作落到了实处。“这对我们工作的帮助是很大的，不仅是因为拿到了一笔经费，更重要的是，能充分的发挥双方的长处，进行优势互补，围绕一个研究方向合作，共同开展创新性研究。这种跨单位、跨领域合作，很好地拓展了我们的研究方向，正在产出一些更好的科研成果。”吴忠帅说。

  去年，洁净能源创新研究院从76份申请书中批准了首批24个“合作基金”项目，每项200万元经费。而今年，已经有181份申请书向科技处涌来。“可见去年的首轮尝试中，大家尝到了甜头。”大连化物所科技处处长肖宇说。

  今年提出申请“合作基金”的研究人员中，年轻人比例特别高。但对很多初出茅庐的科研人员来说，他们的人脉和眼界还有局限，并不知道找谁合作最合适。于是科技处特地增加了“牵线配对”服务，根据申请者提出的合作需求，为其在整个洁净能源创新研究院内寻找匹配的合作者。

  别具一格的“合作基金”制度得到了中科院相关领导的肯定。在连续两年的创新研究院评估考核中，洁净能源创新研究院成绩都是“优秀”，评分名列前茅。

  2018年4月，依托于洁净能源创新研究院的中科院战略性先导科技专项（A类）“变革性洁净能源关键技术与示范”正式立项。洁净能源创新研究院以先导专项为抓手，全面推动体制机制创新，进一步为争取建设国家实验室而探索机制改革，夯实科研实力。

  针对我国能源结构现有缺陷和发展的新趋势，该先导专项提炼出3条发展主线：化石能源清洁高效利用与耦合替代、清洁能源多能互补与规模应用、低碳化多能战略融合。围绕3条主线，为构建清洁低碳、安全高效的国家能源新体系提供技术基础。

  大连化物所研究员王峰的课题就属于第二条主线。经过长期探索，他们开发了一种利用光能驱动生物质下游产品，同时生产氢气和柴油的技术。这项技术符合开发可再次生产的能源、减少化石能源使用、提升清洁能源比例的基本思路。

  “生物质能源的开发利用很重要，但面对的问题相当复杂。过去十几年，这样的领域经历过一个研究高潮，简单的问题解决了，此后剩下的都是硬骨头，而愿意啃硬骨头的科研人员却慢慢地减少。”王峰说。

  多年来，王峰和他的团队耐住寂寞，在那些“不好发文章”的领域里一次又一次攻坚克难。“总得有人啃硬骨头。”他说。他期待着，在洁净能源创新研究院乃至国家实验室自上而下的顶层设计中，人才能按需布局，在关键领域做重要的事，将3条主线打造得更加扎实全面，将整个能源体系的大厦构建得更加坚固牢靠。

  值得欣慰的是，洁净能源创新研究院正在所有的领域、各个方向上布局自己的人才储备。例如，与中国科大合作筹建化学物理学院，与大连理工大学共建张大煜学院，与郑州大学共建绿色催化研究所，与辽宁省、大连市共建的中国科学院大学能源学院也即将迎来首批入学新生多渠道的人才教育培训措施，将为能源领域的全方位发力持续输血。

  他们还定期举办洁净能源国际高端论坛，给国内外专家发去的每一封邀请函都庄重地署上“中国科学院洁净能源创新研究院”，让更多中外科学家了解洁净能源创新研究院，也让他们通过学术交流与交锋，酝酿全新的合作机遇和发展方向。

  2018年，洁净能源创新研究院与大连市签订大连先进光源预研项目合作框架协议。大连市政府将在项目选址、建设资金上予以支持。作为一个独具特色的综合性基础科学研究平台，大连先进光源建成后，将有力推动能源化学、凝聚态物理、原子分子物理、结构生物学、先进材料等学科领域，和相关高技术产业的精密加工和尖端制造的发展。

  朱文良有一个很深的感触：“做科研，研究平台很重要。如果平台不够大，研究成果就很难走出实验室，继续向工业化转化。”

  在洁净能源创新研究院“1+X+N”的架构中，“N”正是那个帮助科学家和科研成果走出实验室、走向更宽广舞台的窗口。

  大连化物所研究员邵志刚越来越体会到这扇窗口的能量。就在6月中旬，他刚刚创下一天连开7个学术会议的纪录。他们团队研发的质子交换膜燃料电池被认为是未来清洁汽车的最佳候选电源之一，与太阳能发电相结合的可再生氢氧燃料电池也属于当前最具优势的储能发电再次生产的能源技术。

  6月13日，在杭州举行的2019年全国大众创业万众创新活动周上，参展的新一代车用氢燃料电池备受瞩目。中国广核集团有限公司、天津博弘化工有限责任公司等国内诸多有名的公司纷纷抛来橄榄枝；加拿大国家研究院、美国普渡大学等国际知名科研机构也陆续前来寻求合作，邵志刚每天奔波于一个又一个会面中，成了大家眼里的“大忙人”。

  2018年4月，洁净能源创新研究院大同转化基地成立。洁净能源创新研究院和大同市、大同全科盟新能源产业技术研究院三方签署了共建协议。大同市素有“煤都”之称，近年来资源枯竭、产业落后、环境污染等问题日渐严峻，如何推进煤炭资源清洁高效利用、促进煤炭产业科技成果转化，是摆在这座城市面前的关键问题。

  洁净能源创新研究院看中了大同这片土地的资源禀赋。除了煤炭储量丰富外，大同还有大量风能，当地政府和企业也对发展清洁能源抱有极大热情。未来，随着一系列科技成果转化项目在大同落地生根，这里有望成为全国清洁能源多能互补的示范转化基地，焕发出崭新面貌。

  除大同外，有“中国能源中枢”之称的榆林、以煤质优良易开采著称的六盘水、积极布局氢能产业的苏州，都正在或即将与洁净能源创新研究院共建集中示范和产业化基地。在这些基地内，洁净能源创新研究院的科技成果可以从上至下、“一条龙”实现产业化。

  “我们的构想是，把我国各典型能源地区的模式，例如资源、人口、市场等都分析清楚，提供有明确的目的性的战略规划和技术示范。”刘中民解释说，“中国太大了，不可能用一套方案解决所有地方的问题。”

  “中国太大了”“能源领域太大了”，在接受《中国科学报》采访时，刘中民一次次谈到这些令人敬畏的“大”。他相信，面对“大”时代的“大”问题，需要“大”团队、“大”机构，需要把散落在各地的生力军汇成一支凝心聚力的集团军，需要从政府到企业、从资本到平台，争取一切可以团结的力量，共同迎接挑战、改变格局、闯出一片新天地。

  在2015年举行的巴黎气候大会上，中国郑重承诺：“2030年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%，使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现；非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右。”在《能源生产和消费革命战略（20162030）》中，中国更是明白准确地提出2050年非化石能源消费比重达到50%。

  对每一个能源人来说，这不仅是迫在眉睫的计划表，也是挑战重重的任务书。单纯依靠现存技术的累积性进步，几乎没办法实现2050年的愿景目标。以洁净能源创新研究院为代表的中国能源科研机构，正在探索建立更强健能力、更完整覆盖和更交叉协同的全链条科学技术创新体系，正努力重整棋盘、再布新局，用“高精尖”的棋子下出一盘“稳准妙”的大棋，为中国和全人类争取一个更加绿色、更有希望的明天。