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

　　批準應(yīng)對氣變行動計劃

　　研發(fā)固體氧化物燃料電池

　　◎本報駐俄羅斯記者 董映璧

　　2023年，俄羅斯政府批準了適應(yīng)氣候變化的2025年前第二階段國家行動計劃。該計劃提出，要改進和完善應(yīng)對自然災(zāi)害風險的保護機制，創(chuàng)建和引入研究氣候變化的新技術(shù)方案，編制俄羅斯和國際社會相關(guān)經(jīng)濟部門適應(yīng)氣候變化的最佳方案清單，每年檢測和評估現(xiàn)有應(yīng)對措施的有效性等。該計劃執(zhí)行期限至2025年，按聯(lián)邦、部門和聯(lián)邦主體不同層級劃分為17項措施，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年批準了適應(yīng)氣候變化的2022年前第一階段國家行動計劃，在其框架內(nèi)開始形成相關(guān)國家體系，明確規(guī)定了俄羅斯在該階段應(yīng)對氣候變化的一系列具體工作和目標。適應(yīng)氣候變化的2028年前第三階段國家行動計劃將在2025年底前制定。

　　俄羅斯烏拉爾聯(lián)邦大學研發(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極和多孔氧化物制成的陰極。為了簡化固體氧化物燃料電池的生產(chǎn)，研究人員設(shè)計了對稱電池，電池中的兩個電極成分相同。而用于生產(chǎn)對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 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

　　◎本報記者 劉 霞

　　2023年，氣候變化、空氣污染等環(huán)境問題引發(fā)英國科學家強烈關(guān)注，他們對此開展了多項研究并取得不少成果。

　　在全球變暖方面，英國氣象局表示，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)化前時代高出1.5℃以上的第一年；帝國理工學院的研究也表明，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)了科學家的警惕。英國首席醫(yī)療官克里斯·惠迪指出，人們對室內(nèi)空氣污染及其對健康的影響所知甚少，需要全球行動應(yīng)對這一被忽視的問題。英國皇家天文學家馬丁·里斯表示，由于光污染加劇，20年后，人類可能無法看到夜晚的星空。50位頂尖科學家發(fā)出警告，過去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)境的變化對生物產(chǎn)生了顯著影響。英國南極調(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繁殖地大量死亡。該機構(gòu)科學家首次在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了H5N1高致病性禽流感病毒，擔心這可能給南極地區(qū)的海豹、鯨魚、企鵝等帶來毀滅性影響，甚至導(dǎo)致某些物種滅絕；布里斯托大學研究團隊的模型顯示，在約2.5億年后下一個超大陸形成時，炎熱氣候?qū)霾溉閯游锷順O限。

　　為解決環(huán)境問題，科學家各出奇招研制出各種節(jié)能減排設(shè)施。劍橋大學研究人員開發(fā)了一種太陽能技術(shù)，可將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為液體燃料，并能直接作為臨時燃料驅(qū)動汽車發(fā)動機；該校研究人員研發(fā)的一種太陽能反應(yīng)堆，可將捕獲的二氧化碳和塑料廢物轉(zhuǎn)化為可持續(xù)燃料和其他有價值的化學產(chǎn)品；該校科學家還開發(fā)了一種漂浮的太陽能裝置，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；謝菲爾德大學研究人員發(fā)現(xiàn)，真菌每年儲存了超過1/3的化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳；牛津大學化學家團隊首次在不使用危險氣體的情況下生產(chǎn)出氟化物。

　　美 國 The US

　　環(huán)保材料減少能源使用

　　研發(fā)“憑空”取電取水

　　◎本報記者 張佳欣

　　為了應(yīng)對氣候變化，節(jié)能減排材料和能源一直是研究“熱寵”。美國斯坦福大學科學家發(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)保的方式來清除水中的污染物；在機器學習的指導(dǎo)下，橡樹嶺國家實驗室研究人員設(shè)計了一種創(chuàng)紀錄的炭基超級電容材料，其儲存的能量是當前最佳商業(yè)材料的4倍，用這種新材料制造的超級電容器可儲存更多的能量，從而改善再生制動系統(tǒng)、電力電子設(shè)備和輔助電源。

　　馬薩諸塞大學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，能僅利用陽光就從大氣中提取出清潔的水。

　　法 國 France

　　低碳技術(shù)專利躋身前沿陣營

　　能源轉(zhuǎn)型風“刮”向各個領(lǐng)域

　　◎本報駐法國記者 李宏策

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

　　法國在氣候觀測和預(yù)測、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和海洋學研究實驗室領(lǐng)銜的國際團隊揭示了比之前預(yù)測的更大的冰川質(zhì)量損失，證實全球溫度升高與冰川質(zhì)量損失之間存在線性關(guān)系。研究評估，至本世紀末，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)測增加了14%—23%。8月，法國國家科研中心科學家預(yù)測阿爾卑斯山有可能出現(xiàn)嚴重山體滑坡，法國正在檢測阿爾卑斯山的947個永久凍土帶，相關(guān)研究正在風險較大的數(shù)個地點進行。法國生態(tài)部出臺了具體行動計劃以監(jiān)測和應(yīng)對山谷地區(qū)可能的自然災(zāi)害。

　　新能源方面，法國總統(tǒng)馬克龍2023年11月宣布，法國將在2025年進行海上風電場項目招標，預(yù)計2030—2035年完工，總功率預(yù)計達1000萬千瓦，可滿足1000萬家庭用電需求。當前，法國已安裝和建設(shè)中的海上風電場總功率約800萬千瓦，法國計劃2035年將總功率提升至1800萬千瓦，2050年進一步提升至4500萬千瓦，這將使海上風能成為法國僅次于核能的第二大發(fā)電來源。法國能源部同期宣布通過了54個陸上風電場項目申請，項目總功率為931兆瓦。

　　農(nóng)業(yè)方面，法國2023年9月宣布，在“法國2030”投資計劃項下?lián)芸?100萬歐元，啟動“農(nóng)業(yè)機器人”項目，加速農(nóng)業(yè)生態(tài)轉(zhuǎn)型。項目將由法國國家科研署管理，法國國際農(nóng)業(yè)和食品環(huán)境研究院支持，農(nóng)業(yè)機器人協(xié)會牽頭執(zhí)行，重點是消除農(nóng)業(yè)機器人部署的技術(shù)和監(jiān)管障礙。法國力爭實現(xiàn)3大目標：開展新的生態(tài)農(nóng)業(yè)實踐、助力技術(shù)成熟發(fā)展，以及提高農(nóng)民對新技術(shù)的接受度。

　　德 國 Germany

　　堅定棄核并押注可再生能源

　　開展多項氫能國際合作項目

　　◎本報駐德國記者 李 山

　　2023年，德國正式結(jié)束核電時代，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，德國政府全力以赴發(fā)展可再生能源，舉行了首屆風能和光伏峰會，發(fā)布了德國風能和光伏戰(zhàn)略。政府計劃到2030年實現(xiàn)80%的全國消費電量由可再生能源供應(yīng)，到2035年實現(xiàn)供電系統(tǒng)的碳中和。

　　在能源方面，德國全力推動綠氫作為未來能源載體。為加速氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，政府通過了更新版《國家氫能戰(zhàn)略》，促進科學向工業(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。氫也使德國從世界上其他陽光充足和多風的地區(qū)引入綠色能源成為可能。德國已開展多項氫能國際合作項目，計劃在未來幾年投資50多億歐元，用于國際氫能采購，首次招標已經(jīng)開始。德國重點加強了與挪威、比利時、澳大利亞、加拿大、新西蘭、巴西、智利、阿根廷，以及多個非洲國家在擴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)動的反應(yīng)或許能在無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)前的大氣化學演化。

　　水資源等方面，德國發(fā)布《國家水戰(zhàn)略》，以應(yīng)對氣候變化、人口發(fā)展、土地利用改變、技術(shù)革新和消費行為改變等因素對德國水經(jīng)濟形成的新挑戰(zhàn)。卡爾斯魯厄理工學院科學家報告稱，通過更均衡地分配使用全球氮肥，其總體用量或能降低32%，同時維持現(xiàn)有谷物生產(chǎn)水平。德國研究人員還發(fā)現(xiàn)，氣候變暖給歐洲大豆種植帶來機遇。從長遠看，歐洲越來越多的土地適應(yīng)大豆種植，這種影響將超過由于炎熱干旱造成的產(chǎn)量損失，特別是南歐。

　　德國標準化學會、電子電氣信息技術(shù)委員會和工程師協(xié)會共同發(fā)布“循環(huán)經(jīng)濟標準化路線圖”。該文件描述了行業(yè)面臨的循環(huán)經(jīng)濟方面的挑戰(zhàn)，給出了應(yīng)對挑戰(zhàn)所需的規(guī)范和標準。路線圖圍繞歐盟循環(huán)經(jīng)濟行動計劃確定了7個主題內(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200多項標準需求。

　　日 本 Japan

　　量子鉆石延長電動汽車續(xù)航

　　“空中汽車”載人首飛成功

　　◎本報記者 張夢然

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

　　名古屋大學研究人員開發(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。

　　日本和美國科學家合作，在實驗室生長出一種自然形成的常見礦物“白云石”，有望為半導(dǎo)體、太陽能電池板等領(lǐng)域帶來性能更優(yōu)異的材料。

　　日本國家聚變科學研究所和美國TAE技術(shù)公司攜手，首次在磁約束聚變等離子體中實現(xiàn)了氫—硼聚變實驗。研究團隊表示，盡管最新實驗沒有產(chǎn)生凈能量增益，但它證明了無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)實又近了一步。

　　韓 國 South Korea

　　穩(wěn)步推動實現(xiàn)碳中和目標

　　擬建設(shè)首個綠氫生產(chǎn)設(shè)施

　　◎本報駐韓國記者 薛 嚴

　　2023年，韓國總統(tǒng)直屬2050碳中和綠色增長委員會于4月審議表決了第一個韓國國家碳中和綠色增長基本計劃方案。該方案根據(jù)2023年3月施行的《碳中和基本法》制定，維持了韓國前一屆政府提出的國家自主貢獻目標，即到2030年將國家溫室氣體排放量在2018年的水平上減少40%。工業(yè)部門的減排目標原為2030年排放量較2018年減少14.5%，但基本計劃方案將該比重縮至11.4%。韓國能源技術(shù)研究院等8個機構(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)新推進方案”，計劃到2030年開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)將碳捕集成本降低30%，在韓國東部和西部海域分別增設(shè)可捕集120萬噸和100萬噸碳的設(shè)備，在韓國國內(nèi)建立可儲存10噸二氧化碳的儲藏罐。

　　11月，韓國2050碳中和綠色增長委員會公布韓國“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，韓國政府還將加大對逃逸性排放的監(jiān)測力度。

　　在氫能領(lǐng)域，太陽能制氫技術(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。蔚山科學技術(shù)院研究團隊利用全自動噴墨打印技術(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)用于太陽能制氫。其核心技術(shù)是利用大型薄膜太陽能電池的噴墨打印技術(shù)來放大光電極，與傳統(tǒng)真空技術(shù)相比，該技術(shù)具有經(jīng)濟、精確打印復(fù)雜多層機構(gòu)的優(yōu)點，可長時間保持高性能，提高效率。目前，研究團隊已利用該技術(shù)制造出大型模塊式氧化鐵光觸媒電極。

　　11月，韓國三星物產(chǎn)表示將在韓國慶尚北道金泉市建廠，通過離網(wǎng)(不從外界接收電力、燃氣直接生產(chǎn)能源)太陽能發(fā)電利用新再生能源，生產(chǎn)清潔能源綠氫。這將是韓國首個綠氫生產(chǎn)設(shè)施，預(yù)計于2025年1月投產(chǎn)并與金泉太陽能發(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。該項目積累的技術(shù)和數(shù)據(jù)對于推進國內(nèi)外大規(guī)模綠氫項目建設(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

　　促進區(qū)域環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展

　　◎本報駐南非記者 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，挪威和英國兩個新成員加入該聯(lián)盟。論壇致力于加強基于解決方案和環(huán)境影響為重點的海洋科學，強調(diào)該聯(lián)盟將研究重點放在兩個領(lǐng)域，一是增加對大西洋與氣候之間關(guān)系的理解，以應(yīng)對氣候變化；二是協(xié)調(diào)對大西洋的觀測，提高建模能力，加強對海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的研究。