綠色發(fā)展，人與自然更和諧——2023年世界科技發(fā)展回顧·能源環(huán)保篇

　　【世界科技發(fā)展回顧】

　　俄羅斯 Russia

　　批準(zhǔn)應(yīng)對(duì)氣變行動(dòng)計(jì)劃

　　研發(fā)固體氧化物燃料電池

　　◎本報(bào)駐俄羅斯記者 董映璧

　　2023年，俄羅斯政府批準(zhǔn)了適應(yīng)氣候變化的2025年前第二階段國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃。該計(jì)劃提出，要改進(jìn)和完善應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)機(jī)制，創(chuàng)建和引入研究氣候變化的新技術(shù)方案，編制俄羅斯和國(guó)際社會(huì)相關(guān)經(jīng)濟(jì)部門適應(yīng)氣候變化的最佳方案清單，每年檢測(cè)和評(píng)估現(xiàn)有應(yīng)對(duì)措施的有效性等。該計(jì)劃執(zhí)行期限至2025年，按聯(lián)邦、部門和聯(lián)邦主體不同層級(jí)劃分為17項(xiàng)措施，并在組織、法律、科研和信息保障等方面提供必要的保障措施。俄政府在2019年批準(zhǔn)了適應(yīng)氣候變化的2022年前第一階段國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃，在其框架內(nèi)開始形成相關(guān)國(guó)家體系，明確規(guī)定了俄羅斯在該階段應(yīng)對(duì)氣候變化的一系列具體工作和目標(biāo)。適應(yīng)氣候變化的2028年前第三階段國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃將在2025年底前制定。

　　俄羅斯烏拉爾聯(lián)邦大學(xué)研發(fā)出了更環(huán)保的固體氧化物燃料電池，可替代酸性、堿性和鋰電池。固體氧化物燃料電池具有陶瓷金屬材料制成的陽(yáng)極和多孔氧化物制成的陰極。為了簡(jiǎn)化固體氧化物燃料電池的生產(chǎn)，研究人員設(shè)計(jì)了對(duì)稱電池，電池中的兩個(gè)電極成分相同。而用于生產(chǎn)對(duì)稱固體氧化物燃料電池的是基于鐵、鋇和鑭的新鐵氧體化合物，這類物質(zhì)在空氣中表現(xiàn)出高電導(dǎo)率和低極化電阻。

　　英 國(guó) The UK

　　持續(xù)關(guān)注全球變暖和污染

　　開發(fā)新型節(jié)能與減排設(shè)施

　　◎本報(bào)記者 劉 霞

　　2023年，氣候變化、空氣污染等環(huán)境問(wèn)題引發(fā)英國(guó)科學(xué)家強(qiáng)烈關(guān)注，他們對(duì)此開展了多項(xiàng)研究并取得不少成果。

　　在全球變暖方面，英國(guó)氣象局表示，2023年到2027年中至少某一年，全球平均氣溫有66%的可能性比工業(yè)化前水平高出1.5℃。2024年可能是全球平均地表溫度比工業(yè)化前時(shí)代高出1.5℃以上的第一年；帝國(guó)理工學(xué)院的研究也表明，如果不迅速減少二氧化碳排放，到2030年有50%的可能性全球氣溫上升1.5℃。

　　空氣污染和溫室氣體排放增加也引發(fā)了科學(xué)家的警惕。英國(guó)首席醫(yī)療官克里斯·惠迪指出，人們對(duì)室內(nèi)空氣污染及其對(duì)健康的影響所知甚少，需要全球行動(dòng)應(yīng)對(duì)這一被忽視的問(wèn)題。英國(guó)皇家天文學(xué)家馬丁·里斯表示，由于光污染加劇，20年后，人類可能無(wú)法看到夜晚的星空。50位頂尖科學(xué)家發(fā)出警告，過(guò)去10年，全球溫室氣體排放量創(chuàng)下“歷史新高”，導(dǎo)致全球以前所未有的速度變暖。

　　全球生態(tài)環(huán)境的變化對(duì)生物產(chǎn)生了顯著影響。英國(guó)南極調(diào)查局研究人員表示，2022年全球變暖導(dǎo)致海冰融化，使帝企鵝雛鳥在南極洲西部多個(gè)繁殖地大量死亡。該機(jī)構(gòu)科學(xué)家首次在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了H5N1高致病性禽流感病毒，擔(dān)心這可能給南極地區(qū)的海豹、鯨魚、企鵝等帶來(lái)毀滅性影響，甚至導(dǎo)致某些物種滅絕；布里斯托大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的模型顯示，在約2.5億年后下一個(gè)超大陸形成時(shí)，炎熱氣候?qū)?huì)超出哺乳動(dòng)物生理極限。

　　為解決環(huán)境問(wèn)題，科學(xué)家各出奇招研制出各種節(jié)能減排設(shè)施。劍橋大學(xué)研究人員開發(fā)了一種太陽(yáng)能技術(shù)，可將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為液體燃料，并能直接作為臨時(shí)燃料驅(qū)動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；該校研究人員研發(fā)的一種太陽(yáng)能反應(yīng)堆，可將捕獲的二氧化碳和塑料廢物轉(zhuǎn)化為可持續(xù)燃料和其他有價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品；該?？茖W(xué)家還開發(fā)了一種漂浮的太陽(yáng)能裝置，可在世界任何地方將受污染的水轉(zhuǎn)化為清潔的氫燃料和純凈水；謝菲爾德大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，真菌每年儲(chǔ)存了超過(guò)1/3的化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳；牛津大學(xué)化學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次在不使用危險(xiǎn)氣體的情況下生產(chǎn)出氟化物。

　　美 國(guó) The US

　　環(huán)保材料減少能源使用

　　研發(fā)“憑空”取電取水

　　◎本報(bào)記者 張佳欣

　　為了應(yīng)對(duì)氣候變化，節(jié)能減排材料和能源一直是研究“熱寵”。美國(guó)斯坦福大學(xué)科學(xué)家發(fā)明了一種新型涂料，可使房屋和其他建筑在夏天保持涼爽，冬天保持溫暖，從而顯著減少能源使用，降低溫室氣體排放；加州大學(xué)圣迭戈分校研究人員開發(fā)出一種3D打印的新型生物工程材料，以一種可持續(xù)且環(huán)保的方式來(lái)清除水中的污染物；在機(jī)器學(xué)習(xí)的指導(dǎo)下，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)紀(jì)錄的炭基超級(jí)電容材料，其儲(chǔ)存的能量是當(dāng)前最佳商業(yè)材料的4倍，用這種新材料制造的超級(jí)電容器可儲(chǔ)存更多的能量，從而改善再生制動(dòng)系統(tǒng)、電力電子設(shè)備和輔助電源。

　　馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校研究表明，幾乎任何材料均可變成一種從濕潤(rùn)空氣中不斷收集電力的設(shè)備，這為清潔電力的獲取打開一扇寬闊的大門。此外，得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校研究人員在從稀薄空氣中獲得可飲用水方面取得重大突破，他們開發(fā)出一種分子工程水凝膠，能僅利用陽(yáng)光就從大氣中提取出清潔的水。

　　法 國(guó) France

　　低碳技術(shù)專利躋身前沿陣營(yíng)

　　能源轉(zhuǎn)型風(fēng)“刮”向各個(gè)領(lǐng)域

　　◎本報(bào)駐法國(guó)記者 李宏策

　　2023年，法國(guó)在低碳技術(shù)專利方面處于全球領(lǐng)先地位，3所法國(guó)研究機(jī)構(gòu)躋身全球前10名。根據(jù)國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)，法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)全球排名第一，IFP新能源研究所排在第四位，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心排在第七位。法國(guó)在氫氣開發(fā)方面尤其表現(xiàn)良好，在二氧化碳的捕獲和儲(chǔ)存方面也處于領(lǐng)先地位。

　　法國(guó)在氣候觀測(cè)和預(yù)測(cè)、新能源開發(fā)、扶持清潔交通和農(nóng)業(yè)等方面也不斷加大投入。2023年1月，圖盧茲空間地球物理學(xué)和海洋學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)揭示了比之前預(yù)測(cè)的更大的冰川質(zhì)量損失，證實(shí)全球溫度升高與冰川質(zhì)量損失之間存在線性關(guān)系。研究評(píng)估，至本世紀(jì)末，地球全冰川(格陵蘭和南極冰蓋除外)的質(zhì)量與2015年相比可能減少26%—41%，相較此前的預(yù)測(cè)增加了14%—23%。8月，法國(guó)國(guó)家科研中心科學(xué)家預(yù)測(cè)阿爾卑斯山有可能出現(xiàn)嚴(yán)重山體滑坡，法國(guó)正在檢測(cè)阿爾卑斯山的947個(gè)永久凍土帶，相關(guān)研究正在風(fēng)險(xiǎn)較大的數(shù)個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行。法國(guó)生態(tài)部出臺(tái)了具體行動(dòng)計(jì)劃以監(jiān)測(cè)和應(yīng)對(duì)山谷地區(qū)可能的自然災(zāi)害。

　　新能源方面，法國(guó)總統(tǒng)馬克龍2023年11月宣布，法國(guó)將在2025年進(jìn)行海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目招標(biāo)，預(yù)計(jì)2030—2035年完工，總功率預(yù)計(jì)達(dá)1000萬(wàn)千瓦，可滿足1000萬(wàn)家庭用電需求。當(dāng)前，法國(guó)已安裝和建設(shè)中的海上風(fēng)電場(chǎng)總功率約800萬(wàn)千瓦，法國(guó)計(jì)劃2035年將總功率提升至1800萬(wàn)千瓦，2050年進(jìn)一步提升至4500萬(wàn)千瓦，這將使海上風(fēng)能成為法國(guó)僅次于核能的第二大發(fā)電來(lái)源。法國(guó)能源部同期宣布通過(guò)了54個(gè)陸上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目申請(qǐng)，項(xiàng)目總功率為931兆瓦。

　　農(nóng)業(yè)方面，法國(guó)2023年9月宣布，在“法國(guó)2030”投資計(jì)劃項(xiàng)下?lián)芸?100萬(wàn)歐元，啟動(dòng)“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”項(xiàng)目，加速農(nóng)業(yè)生態(tài)轉(zhuǎn)型。項(xiàng)目將由法國(guó)國(guó)家科研署管理，法國(guó)國(guó)際農(nóng)業(yè)和食品環(huán)境研究院支持，農(nóng)業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)牽頭執(zhí)行，重點(diǎn)是消除農(nóng)業(yè)機(jī)器人部署的技術(shù)和監(jiān)管障礙。法國(guó)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)3大目標(biāo)：開展新的生態(tài)農(nóng)業(yè)實(shí)踐、助力技術(shù)成熟發(fā)展，以及提高農(nóng)民對(duì)新技術(shù)的接受度。

　　德 國(guó) Germany

　　堅(jiān)定棄核并押注可再生能源

　　開展多項(xiàng)氫能國(guó)際合作項(xiàng)目

　　◎本報(bào)駐德國(guó)記者 李 山

　　2023年，德國(guó)正式結(jié)束核電時(shí)代，最后3座核電站于4月15日停止發(fā)電，但后續(xù)的核廢料處理仍將持續(xù)數(shù)十年。與此同時(shí)，德國(guó)政府全力以赴發(fā)展可再生能源，舉行了首屆風(fēng)能和光伏峰會(huì)，發(fā)布了德國(guó)風(fēng)能和光伏戰(zhàn)略。政府計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)80%的全國(guó)消費(fèi)電量由可再生能源供應(yīng)，到2035年實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的碳中和。

　　在能源方面，德國(guó)全力推動(dòng)綠氫作為未來(lái)能源載體。為加速氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，政府通過(guò)了更新版《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，促進(jìn)科學(xué)向工業(yè)的轉(zhuǎn)化，使氫能夠更容易地整合到現(xiàn)有能源系統(tǒng)中。氫也使德國(guó)從世界上其他陽(yáng)光充足和多風(fēng)的地區(qū)引入綠色能源成為可能。德國(guó)已開展多項(xiàng)氫能國(guó)際合作項(xiàng)目，計(jì)劃在未來(lái)幾年投資50多億歐元，用于國(guó)際氫能采購(gòu)，首次招標(biāo)已經(jīng)開始。德國(guó)重點(diǎn)加強(qiáng)了與挪威、比利時(shí)、澳大利亞、加拿大、新西蘭、巴西、智利、阿根廷，以及多個(gè)非洲國(guó)家在擴(kuò)大可再生能源和綠氫生產(chǎn)領(lǐng)域的合作。

　　生物環(huán)境方面，德國(guó)馬克斯·普朗克陸地微生物研究所的研究結(jié)果顯示，溫暖環(huán)境和光驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)或許能在無(wú)須高壓和高溫的情況下，在全球含水環(huán)境中產(chǎn)生甲烷。這些反應(yīng)可能影響了生命出現(xiàn)前的大氣化學(xué)演化。

　　水資源等方面，德國(guó)發(fā)布《國(guó)家水戰(zhàn)略》，以應(yīng)對(duì)氣候變化、人口發(fā)展、土地利用改變、技術(shù)革新和消費(fèi)行為改變等因素對(duì)德國(guó)水經(jīng)濟(jì)形成的新挑戰(zhàn)?？査刽敹蚶砉W(xué)院科學(xué)家報(bào)告稱，通過(guò)更均衡地分配使用全球氮肥，其總體用量或能降低32%，同時(shí)維持現(xiàn)有谷物生產(chǎn)水平。德國(guó)研究人員還發(fā)現(xiàn)，氣候變暖給歐洲大豆種植帶來(lái)機(jī)遇。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，歐洲越來(lái)越多的土地適應(yīng)大豆種植，這種影響將超過(guò)由于炎熱干旱造成的產(chǎn)量損失，特別是南歐。

　　德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)、電子電氣信息技術(shù)委員會(huì)和工程師協(xié)會(huì)共同發(fā)布“循環(huán)經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)化路線圖”。該文件描述了行業(yè)面臨的循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面的挑戰(zhàn)，給出了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)所需的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。路線圖圍繞歐盟循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃確定了7個(gè)主題內(nèi)容：數(shù)字化商業(yè)模式和管理、電器工程和通信技術(shù)、電池、包裝、塑料、紡織品、建筑和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，包含了超過(guò)200多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)需求。

　　日 本 Japan

　　量子鉆石延長(zhǎng)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航

　　“空中汽車”載人首飛成功

　　◎本報(bào)記者 張夢(mèng)然

　　日本東京工業(yè)大學(xué)科學(xué)家研發(fā)出鉆石量子傳感器，可將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加約10%。該技術(shù)可精確測(cè)量?jī)?chǔ)存的電量，從而最大限度地提高車載電池的性能，他們的目標(biāo)是最早在2030年將這項(xiàng)技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用。

　　名古屋大學(xué)研究人員開發(fā)了一種用于燃料電池的新型超高密度磺酸聚合物電解質(zhì)膜。聚合物電解質(zhì)膜是環(huán)保型聚合物電解質(zhì)燃料電池的關(guān)鍵部件之一。

　　日本和美國(guó)科學(xué)家合作，在實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)出一種自然形成的常見(jiàn)礦物“白云石”，有望為半導(dǎo)體、太陽(yáng)能電池板等領(lǐng)域帶來(lái)性能更優(yōu)異的材料。

　　日本國(guó)家聚變科學(xué)研究所和美國(guó)TAE技術(shù)公司攜手，首次在磁約束聚變等離子體中實(shí)現(xiàn)了氫—硼聚變實(shí)驗(yàn)。研究團(tuán)隊(duì)表示，盡管最新實(shí)驗(yàn)沒(méi)有產(chǎn)生凈能量增益，但它證明了無(wú)中子核聚變的可行性，使制造更清潔的聚變反應(yīng)堆成為可能。

　　“空中汽車”被人們廣泛視為下一代交通工具。日本西南部大分市進(jìn)行了首次“空中汽車”戶外載人試飛，讓這一新型交通工具離現(xiàn)實(shí)又近了一步。

　　韓 國(guó) South Korea

　　穩(wěn)步推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)

　　擬建設(shè)首個(gè)綠氫生產(chǎn)設(shè)施

　　◎本報(bào)駐韓國(guó)記者 薛 嚴(yán)

　　2023年，韓國(guó)總統(tǒng)直屬2050碳中和綠色增長(zhǎng)委員會(huì)于4月審議表決了第一個(gè)韓國(guó)國(guó)家碳中和綠色增長(zhǎng)基本計(jì)劃方案。該方案根據(jù)2023年3月施行的《碳中和基本法》制定，維持了韓國(guó)前一屆政府提出的國(guó)家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)，即到2030年將國(guó)家溫室氣體排放量在2018年的水平上減少40%。工業(yè)部門的減排目標(biāo)原為2030年排放量較2018年減少14.5%，但基本計(jì)劃方案將該比重縮至11.4%。韓國(guó)能源技術(shù)研究院等8個(gè)機(jī)構(gòu)和SK E&S、三星工程、GS加德士等5家企業(yè)共同參與“碳捕集產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新推進(jìn)方案”，計(jì)劃到2030年開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)將碳捕集成本降低30%，在韓國(guó)東部和西部海域分別增設(shè)可捕集120萬(wàn)噸和100萬(wàn)噸碳的設(shè)備，在韓國(guó)國(guó)內(nèi)建立可儲(chǔ)存10噸二氧化碳的儲(chǔ)藏罐。

　　11月，韓國(guó)2050碳中和綠色增長(zhǎng)委員會(huì)公布韓國(guó)“2030年甲烷減排路線圖”，為減排甲烷制定具體措施。根據(jù)這次的路線圖，畜產(chǎn)領(lǐng)域?qū)⑼茝V普及低甲烷排放飼料，將糞污凈化處理比率從目前13%提高至2030年的25%以上；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)⑼茝V系統(tǒng)管理水稻田水分的方法，以有效控制甲烷菌的產(chǎn)生。此外，韓國(guó)政府還將加大對(duì)逃逸性排放的監(jiān)測(cè)力度。

　　在氫能領(lǐng)域，太陽(yáng)能制氫技術(shù)的關(guān)鍵是光電極，光電極的性能決定了制氫系統(tǒng)的效率。目前光電極尺寸小，要達(dá)到規(guī)模性制氫生產(chǎn)則需要增大數(shù)十甚至百倍。蔚山科學(xué)技術(shù)院研究團(tuán)隊(duì)利用全自動(dòng)噴墨打印技術(shù)，創(chuàng)新“大規(guī)模光電極制造技術(shù)”，解決了大規(guī)模光制氫的重要難題，可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能制氫。其核心技術(shù)是利用大型薄膜太陽(yáng)能電池的噴墨打印技術(shù)來(lái)放大光電極，與傳統(tǒng)真空技術(shù)相比，該技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、精確打印復(fù)雜多層機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可長(zhǎng)時(shí)間保持高性能，提高效率。目前，研究團(tuán)隊(duì)已利用該技術(shù)制造出大型模塊式氧化鐵光觸媒電極。

　　11月，韓國(guó)三星物產(chǎn)表示將在韓國(guó)慶尚北道金泉市建廠，通過(guò)離網(wǎng)(不從外界接收電力、燃?xì)庵苯由a(chǎn)能源)太陽(yáng)能發(fā)電利用新再生能源，生產(chǎn)清潔能源綠氫。這將是韓國(guó)首個(gè)綠氫生產(chǎn)設(shè)施，預(yù)計(jì)于2025年1月投產(chǎn)并與金泉太陽(yáng)能發(fā)電站連接。新再生能源日產(chǎn)0.6噸綠氫，保障附近的氫能汽車加氫站等所需。該項(xiàng)目積累的技術(shù)和數(shù)據(jù)對(duì)于推進(jìn)國(guó)內(nèi)外大規(guī)模綠氫項(xiàng)目建設(shè)都具有借鑒意義。

　　南 非 South Africa

　　舉行泛大西洋研究創(chuàng)新論壇

　　促進(jìn)區(qū)域環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展

　　◎本報(bào)駐南非記者 馮志文

　　2023年11月，南非在開普敦舉行2023年泛大西洋研究創(chuàng)新聯(lián)盟論壇，挪威和英國(guó)兩個(gè)新成員加入該聯(lián)盟。論壇致力于加強(qiáng)基于解決方案和環(huán)境影響為重點(diǎn)的海洋科學(xué)，強(qiáng)調(diào)該聯(lián)盟將研究重點(diǎn)放在兩個(gè)領(lǐng)域，一是增加對(duì)大西洋與氣候之間關(guān)系的理解，以應(yīng)對(duì)氣候變化；二是協(xié)調(diào)對(duì)大西洋的觀測(cè)，提高建模能力，加強(qiáng)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的研究。