工程碳

根据教育部公布的普通高等学校本科专业备案和审批结果，有31个新专业列入普通高等学校本科专业目录，将从2022年开始招生，这其中包括中国石油大学（北京）等四所高校新设的“碳储科学与工程”专业，专业代码081508TK。碳储科学与工程专业旨在服务国家“碳达峰，碳中和”目标，教育部此次增设该专业对未来CCUS人才梯队建设将起到重要作用。在中国石油大学（北京）发布的《北京校本部2022年本科招生专业（类）一览表》中可以看到，“碳储科学与工程”专业隶属于碳中和未来技术学院，高考必选科目为物理。“碳达峰”“碳中和”是我国一项重大战略目标，碳储是实现国家“双碳”战略的重要途径之一，加快培养碳储领域人才是国民经济高质量发展的重大需求。01. 碳储科学与工程今年共四所大学开设“碳储科学与工程”专业，分别是重庆大学、中国矿业大学（北京）、中国石油大学（北京）和中国地质大学（北京）。据中国矿大（北京）方面介绍，碳储科学与工程专业旨在服务国家“2030年碳达峰，2060年碳中和”目标。该专业涉及矿业工程、动力工程及工程热物理、化学工程与技术、地质资源与地质工程、环境科学与工程、力学、土木工程、材料科学与工程、电气工程与自动化等多个学科，聚焦能源绿色开发与低碳利用，二氧化碳捕集、利用与封存，碳汇与碳资产管理等几方面，培养在碳捕集、碳封存、碳利用等多环节具有深厚的理论基础和实践能力，具有国际视野，产业认知扎实，多学科交叉背景的复合型创新人才。CCUS技术作为我国实现碳中和目标技术组合的重要组成部分，不仅是我国化石能源低碳利用的技术选择，保持电力系统灵活性的主要技术手段，而且是钢铁水泥等难减排行业的可行技术方案。此外，CCUS与新能源耦合的负排放技术还是抵消无法削减碳排放、实现碳中和目标的托底技术保障。目前，我国CCUS 技术整体处于工业示范阶段，且现有示范项目规模较小。教育部此次增设相关专业对未来的CCUS人才梯队建设将起到重要作用。02. 新增多个能源相关专业除“碳储科学与工程”专业外，教育部今年新增设的31个专业中，有多个与能源领域相关。1、氢能科学与工程氢能科学与工程列入普通高等学校本科专业目录的新专业名单。华北电力大学开设该专业。“氢能科学与工程”专业面向国家重大能源战略，在华北电力大学大电力学科体系支撑下，以动力工程及工程热物理、化学工程等学科为牵引，有机融合制氢模块（电化学、化工、材料）、氢储运模块（能动、物理、材料、机械）、氢安全模块（化工、控制、材料）、氢动力模块（能动、物理、电气）等多个氢能模块课程，开展全方位跨学科基础及应用基础研究，推进相关学科和交叉学科的发展，增强创新能力，实现我国能源结构安全转型，为我国氢能行业和能源事业的发展提供必要的人才支撑。2、可持续能源上海交通大学未来技术学院“Global Institute of Future Technology”(简称GIFT)是教育部办公厅首批公布的12所未来技术学院之一。GIFT的可持续能源专业将把人才培养理念从面向当前转为面向未来，真正以学生成长为中心，充分体现未来取向，超越当前，引领产业和社会未来的发展方向。可持续能源方向将围绕新型能源技术、新一代信息网络技术与智能化的高度融合，基于上海交通大学在材料、智能、自动化等领域的综合学科优势，聚焦未来能源技术全产业链跨学科研究，为解决当今技术挑战和探索未来能源变革提供新思路与技术途径。该领域将从能源基础科学、能源材料与器件、能源装备与工艺、能源系统与数字化、能源经济与政策等多维度出发，聚焦未来能源技术全产业链跨学科研究，推进物联网、人工智能、大数据、云计算技术与新型能源技术的有效嫁接，实现能源系统的智能化与数字化管理，促进大规模移动能源系统时空域协同调控与创新业态模式。着眼于新型能源技术、新一代信息网络技术与智能化的高度融合，开展以下四个方向的创新科研工作：先进能源转换与存储，多模态能源互联，绿色能源与新农业，零碳社会与治理。3、智慧能源工程“智慧能源工程”本科专业隶属工学门类下的电气类，专业代码为080608TK将依托上海交通大学国家电投智慧能源创新学院产教融合平台，以双碳背景下能源行业人才需求为导向，秉承“强基础、促交叉、重实践、国际化”的专业办学特色，聚焦国家能源产业发展和技术需求，采用产教融合、学科交叉的培养模式，以能源类和信息类课程为主线，在电气工程、动力工程、控制科学与工程、计算机科学与技术、材料科学与工程、化学等领域进行多学科交叉，旨在培养具有扎实的数理化基础，将信息化技术与电气工程、能源系统融会贯通，适应我国未来能源行业发展急需的复合型、创新型、实践型人才，为我国“碳达峰”“碳中和”提供有力的人才支撑。4、生物质能源与材料“生物质能源与材料”专业，开办学院为大连工业大学轻工与化学工程学院，依托首批辽宁省双一流学科“轻工技术与工程”、“辽宁省生物质化学与材料重点实验室”和辽宁省高等学校“木质纤维生物质精炼协同创新中心”，主要面向国家生物质能源与材料相关行业发展需要，培养在相关领域开展教学、科研、技术开发、工程应用和经营管理等方面工作，具有创新实践能力的高素质复合应用型人才。

6月17-18日，由科学技术部、中国工程院、清华大学联合主办，以“碳达峰碳中和关键技术问题和工程路径”为主题的长城工程科技会议2021年第一次主题大会在北京举行。科学技术部部长王志刚、中国工程院院长李晓红分别在开幕式上致辞，清华大学校长邱勇主持会议。来自科技界、产业界、工程界和有关地方政府的200余位专家学者和代表出席会议。　　王志刚指出，碳达峰碳中和将带来一场由科技革命引起的经济、社会、环境的重大变化，其意义不亚于三次工业革命，是关系到未来发展优势、可持续安全和重塑地缘政治经济格局的经济社会发展综合战略。我国经济发展与碳排放仍存在强耦合关系，兼顾经济社会可持续发展与碳中和目标实现，必须依靠科技创新。要加快构建科技创新支撑体系，通过技术系统集成耦合与产业、区域协同优化，全面实现以非化石能源或可再生资源驱动的循环型零碳社会的变革性重构。此次会议为我国面临的现实挑战和难题提供科技解决思路和举措建议，具有重要的意义。　　围绕实现碳达峰、碳中和目标，王志刚对工程领域的科研工作者提出了三点建议：一是在以往研究和工程建设实践的基础上积极建言献策，开展更加深入的战略研究，为科学决策提供更加有力的支撑。二是积极推动与“双碳”相关的科技创新和工程建设，在关键、核心、重大的技术发展方向上攻坚克难、久久为功。三是做好人才储备，积极开展国际合作，汇聚跨学科、跨领域、跨国界广大科学家和工程师们，共同努力推进低碳科技创新。　　李晓红在致辞中指出，纵观历史，新的变革必然打破已有的产业结构和模式，必须严控化石能源，大力优化产能结构。碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要打破发展的惯性，推进节能降碳。放眼未来，新的变革必将孕育全新的科学技术和工程，必须加快前沿研究，大力优化用能结构。碳达峰碳中和是一场关于新技术、新市场的赛跑，是中国第一次真正意义上在变革中与发达国家同场竞技。要抓紧部署低碳前沿技术研究，加快推广应用减污降碳技术，提升我国在低碳环保领域的技术优势和储备。立足当下，新的变革必须营造与之配套的政策和环境，必须创新发展理念，大力推进低碳治理。碳达峰碳中和是一项复杂的系统工程，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。要综合利用政策、法律、经济、行政、宣传等手段为实现这一目标营造良好的内外部环境。　　邱勇主持会议时表示，今年4月19日在清华大学110周年校庆日前夕，习近平总书记考察清华大学并发表重要讲话，总书记强调要着眼世界学术前沿和国家重大需求，致力于解决实际问题。“双碳”目标的提出是党中央基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求所作出的重大战略决策，也是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。本次大会聚焦“双碳”目标，将充分发挥工程科技人员的智慧，以工程科技力量推动绿色低碳技术创新发展，为国家重大战略部署与科学技术创新作出贡献。　　中国工程院院士、国家气候变化专家委员会名誉主任杜祥琬，中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿，国家发展和改革委员会能源研究所原所长、研究员周大地做大会主题报告。会议围绕“零碳非电能源技术体系构建”“构建以新能源为主体的新型电力系统”“碳中和目标下工业流程重塑与建筑交通减碳”“加大非二氧化碳温室气体控制力度”“生态碳汇与碳移除技术潜力”“碳中和技术产业化与区域示范”六个专题，分别展开深入的学术研讨与交流，为我国“双碳”目标实现面临的现实挑战和难题提供解决思路。

“碳中和目标从化学本质看，就是碳和氢的平衡和循环。”在近日举行的香山科学会议第746次学术讨论会上，中国科学院院士、华东师范大学石油化工科学研究院教授何鸣元表示，工程热化学是实现碳中和目标的重要科学技术基础。　　此次会议上，专家指出，工程热化学领域科技创新是推动绿色低碳发展、实现循环经济的必由之路，对实现“双碳”目标具有重要意义。　　占关键工业行业化学反应80%　　“相对于光、电诱发的化学反应，热诱发、热驱动的化学反应统称为热化学反应。”沈阳化工大学特色资源化工与材料教育部重点实验室主任许光文介绍，这种化学反应紧密关联热生成、热传递、热利用，往往以高温为特点，可能占据能源、冶金、材料、环境等关键工业行业化学反应的80%。　　据了解，经典意义的热化学转化有3类过程，即焚烧、气化和热解。其自由基链式反应的本质特征使气液固3种相态的物质均可发生热化学反应。从工业视角分析，规模化和经济性是热化学转化要求的重要特点。　　“碳能源包括天然气、石油、生物质和煤，还可以计入二氧化碳。”何鸣元从化学的角度分析道，碳能源的有效利用在于碳和氢的平衡，其中必然包括一系列的分子断键与重构。无论从大分子裂解生成较小的分子，或者从小分子构建成较大的分子，热化学转化在很多过程中都可以发挥重要甚至不可替代的作用。　　许光文提到，一方面，各种能源燃料转化、矿产资源加工、废弃物无害化、各类动力获取及爆轰等，都依赖热化学反应形成的技术、装备及工程；另一方面，通过热化学反应途径排放的二氧化碳占据了人类活动总碳排放的90%以上。　　工业过程中的重要科技基础　　当下，工程热化学领域科技创新的重要性正日益凸显。　　专家认为，工程热化学作为工业过程中重要的科学技术基础，对构建以新能源为支撑的绿色低碳工业体系，推动工业过程流程再造和智能化转型，实现“双碳”目标具有重要意义。　　“以钢铁冶金行业为例，冶炼过程包括铁矿石的预处理、炼焦、炼铁、炼钢、铸造以及轧制等过程，在这一长流程中包含了大量的工程热化学问题。”北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室主任郭占成介绍。　　郭占成表示，钢铁冶金作为能源消耗与碳排放重点行业，正在从效率优先向兼顾节能与环境友好转变。钢铁冶炼技术的进步与发展离不开工程热化学基础理论作为科学参考。　　从石化行业来看，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院院长李明丰分析，随着一系列低碳减排政策的推出，石化行业正在发生从传统能源化工向新型能源化工的绿色转型。石化行业将呈现以石油、天然气、煤、生物质、废塑料、二氧化碳等为原料的多元化供应格局，涉及蒸汽裂解、焦化、热解、氧化、燃烧、干馏等多种热化学反应的工艺过程与工程。　　李明丰认为，梳理工程热化学在石化领域的应用及发展，提出该领域的共性问题，是构建新型现代工程热化学及其创新体系的重要一环。　　“双碳”背景下面临诸多挑战　　“双碳”背景下，工程热化学领域相关技术创新，既面临重大机遇，又面临重大挑战。　　中国科学院院士、中国科学院工程热物理研究所金红光研究员举了一些例子：燃料燃烧反应发生于1000℃—1700℃，但发电系统的最高工作温度仍局限于600℃，高温热能一直未能转化为电能。许光文同时指出，电石、冶金硅、电熔镁砂等的现有生产技术要求1500℃—2500℃高温、大量使用电弧炉加热，金属铝、镁、锌等的生产更需使用高温电解技术，造成能耗高、过程效率低，亟须过程低温化技术，实现直接加热或替代电解的变革性技术，显著推进工业节能和低碳排放。　　此外，有效利用生物基碳燃料或实现碳基产品循环，推动化石碳的利用量大幅减少，也要求产业模式的创新和大规模热解碳化技术的突破；利用“碳”作为反应物的热化学工业过程众多，如基于焦炭的铁矿石碳还原，亟须应用低碳富氢气体甚至零碳的纯氢替代焦炭，这正成为冶金学科的热点和难点。　　“热化学反应相关技术创新，甚至变革性替代，是实现低碳发展的保障。或者说，不解决热化学反应过程中二氧化碳的排放问题，本质上就难以达成碳中和目标。”许光文总结说。