不久前，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)與科大訊飛股份有限公司等聯(lián)合研發(fā)的智能化工大模型2.0Pro亮相。這是我國化工行業(yè)首個(gè)大模型，它的問世，為化工行業(yè)實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室一步跨入工廠”目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。
該模型研發(fā)由中國工程院院士、大連化物所所長劉中民團(tuán)隊(duì)牽頭。劉中民長期從事煤化工、石油化工領(lǐng)域應(yīng)用催化研究與技術(shù)開發(fā)，在甲醇制烯烴(DMTO)的基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用方面作出重大貢獻(xiàn)。近日，劉中民向科技日?qǐng)?bào)記者解讀了我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路。
人物檔案
劉中民，中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長。長期從事應(yīng)用催化研究。獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、遼寧省科技最高獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)以上科技獎(jiǎng)勵(lì)10余項(xiàng)，以及周光召應(yīng)用科學(xué)獎(jiǎng)、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新獎(jiǎng)等多項(xiàng)個(gè)人獎(jiǎng)勵(lì)。
DMTO技術(shù)引領(lǐng)煤制烯烴產(chǎn)業(yè)發(fā)展
記者：您主導(dǎo)研發(fā)的DMTO技術(shù)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。這一技術(shù)對(duì)降低石化行業(yè)碳排放、提升資源利用效率有何突破性意義?
劉中民：大連化物所從上世紀(jì)80年代起便致力于DMTO技術(shù)的研究。2010年，世界首套年產(chǎn)180萬噸DMTO裝置在神華包頭煤化工有限公司一次開車成功，開拓了非石油路線生產(chǎn)基礎(chǔ)化工原料的新路徑。目前，DMTO技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第三代，單套裝置的甲醇處理能力達(dá)到360萬噸/年。截至目前，DMTO系列技術(shù)已經(jīng)簽訂了36套裝置的技術(shù)實(shí)施許可合同，產(chǎn)能超過2400萬噸烯烴/年，其中20套裝置已投產(chǎn)。DMTO技術(shù)引領(lǐng)并支撐了我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于緩解石油供應(yīng)緊缺問題、保障能源安全和石化產(chǎn)業(yè)鏈安全穩(wěn)定具有重要意義。與煤炭燃燒等傳統(tǒng)利用方式相比，DMTO技術(shù)的萬元產(chǎn)值二氧化碳排放可降低約一半，是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用的重要探索方向。
此外，DMTO技術(shù)也可用于生物質(zhì)及可再生能源生產(chǎn)的綠色甲醇轉(zhuǎn)化。
記者：近期國際油價(jià)波動(dòng)加劇，國內(nèi)石化行業(yè)正加速向“化工新材料”轉(zhuǎn)型。您如何看待“減油增化”趨勢(shì)下，DMTO等技術(shù)的市場(chǎng)前景?
劉中民：在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，我國能源結(jié)構(gòu)加速綠色轉(zhuǎn)型?？稍偕茉囱b機(jī)規(guī)模不斷突破，2024年可再生能源發(fā)電量已占全部發(fā)電量的35%，電動(dòng)汽車保有量呈持續(xù)增長態(tài)勢(shì)，成品油市場(chǎng)將在2028—2030年達(dá)峰后進(jìn)入加速萎縮階段。據(jù)預(yù)測(cè)，2050年國內(nèi)成品油需求量將降至1億噸，不足目前的30%。
傳統(tǒng)煉化行業(yè)雖然加速推進(jìn)“減油增化”，但油化比的結(jié)構(gòu)性降低存在理論極限，在成品油需求大幅下降的前提下，煉化產(chǎn)業(yè)的化學(xué)品供應(yīng)能力同樣受到限制。但另一方面，人民對(duì)美好生活的追求、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展對(duì)高端化工產(chǎn)品、新材料的需求又將不斷增長。
目前，我國乙烯的當(dāng)量自給率尚不足60%。而DMTO以煤為原料，來源相對(duì)穩(wěn)定可靠，成本可控，其技術(shù)也在不斷升級(jí)，能耗、原料單耗等不斷下降，經(jīng)濟(jì)性和綠色化水平不斷提高。
此外，甲醇—石腦油耦合制烯烴技術(shù)也將對(duì)我國化學(xué)品供給和石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型起到重要支撐作用。未來，隨著綠電成本不斷下降，綠色甲醇有望成為新型原料，制造過程的綠色化水平也會(huì)進(jìn)一步提高，將有力支撐我國烯烴下游化學(xué)品和新材料消費(fèi)需求。
記者：您提出的“甲醇經(jīng)濟(jì)”戰(zhàn)略如何與傳統(tǒng)石化產(chǎn)業(yè)升級(jí)形成協(xié)同效應(yīng)?
劉中民：甲醇是跨越油氣時(shí)代的重要能源載體，其生產(chǎn)可以與清潔能源聯(lián)動(dòng)，同時(shí)還是氫的有效載體。甲醇具有儲(chǔ)能(氫)密度高、便于儲(chǔ)運(yùn)的優(yōu)勢(shì)，可直接作為燃料使用，在應(yīng)急狀態(tài)替代油品保障能源安全。同時(shí)，甲醇是連接清潔能源與煤化工和石油化工的橋梁，以甲醇為平臺(tái)或以甲醇與石腦油耦合，可以向下游延伸，生產(chǎn)上百種化學(xué)品。在引領(lǐng)低碳煤化工發(fā)展和促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)升級(jí)方面，甲醇展現(xiàn)出顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和潛力。結(jié)合我國甲醇產(chǎn)能1億噸/年的工業(yè)基礎(chǔ)、應(yīng)用效果和潛力，我認(rèn)為甲醇有望與我國煤化工、石油化工高度協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，對(duì)保障能源安全和產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定，促進(jìn)可再生能源的利用與工業(yè)低碳化發(fā)展起到更加積極的作用。
我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型面臨一系列挑戰(zhàn)
記者：在“雙碳”目標(biāo)背景下，我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型面臨哪些核心挑戰(zhàn)?
劉中民：我國已經(jīng)建立了規(guī)模龐大的能源、工業(yè)體系，為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了澎湃動(dòng)力和豐富物資。但與此同時(shí)，我們也面臨著環(huán)境污染、碳排放約束和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)難等問題。在“雙碳”目標(biāo)下，能源、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是全球新一輪科技革命、能源革命和產(chǎn)業(yè)變革發(fā)生的重要領(lǐng)域。當(dāng)前，我國能源、工業(yè)體系的綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展主要在以下幾個(gè)方面面臨挑戰(zhàn)。
一是能源、工業(yè)體系的高度復(fù)雜性使得科學(xué)決策面臨困難。能源與工業(yè)系統(tǒng)是高度耦合、高度復(fù)雜的巨系統(tǒng)，受到技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、區(qū)域差異性等多因素影響，且與國際能源格局變化密切相關(guān)。
二是支撐能源轉(zhuǎn)型、工業(yè)升級(jí)的技術(shù)路徑還難以確定。能源低碳化是大方向，但路徑有很多條，其中，可再生能源、裂變能、聚變能等均處于快速發(fā)展期。要達(dá)到低碳乃至零碳要求，必須推進(jìn)工業(yè)流程再造。
三是如何將人工智能方法與相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度耦合仍處于探索階段。以大模型為代表的人工智能正在改變傳統(tǒng)研發(fā)范式和生產(chǎn)方式，并為解決復(fù)雜系統(tǒng)問題提供了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)新途徑，但尚未充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。
總體來說，我國能源、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)新技術(shù)的需求十分迫切，但科技創(chuàng)新供給尚難滿足需求。
記者：從科技自主創(chuàng)新角度，您認(rèn)為應(yīng)如何通過催化技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)“油化切換”，保障能源安全?
劉中民：油氣對(duì)外依存度高一直是我國最大的安全隱患之一。當(dāng)前，全球仍處于油氣時(shí)代，能源與工業(yè)體系正在由單一能源、單一行業(yè)向跨系統(tǒng)、多元化融合轉(zhuǎn)變。在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整是大勢(shì)所趨，也為解決我國能源安全問題提供了契機(jī)。
油化本來是聯(lián)動(dòng)的，我國在煉化一體化方面作出了長期努力。隨著電動(dòng)汽車時(shí)代的到來，石油用量減少，石油供應(yīng)安全問題將有所緩解，同時(shí)，也將造成油化分裂的局面。石油用量減少，但我國14億人生活水平提升所對(duì)應(yīng)的是石化產(chǎn)品剛性增長，這之間就存在矛盾。
新形勢(shì)下，我們希望油化能夠切換，以保障能源安全。石油煉制、石油化工、煤化工等加工過程均是各種分子的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。因此，我們面臨的問題就是如何利用已有的資源設(shè)計(jì)新的反應(yīng)途徑，使其兼具油品和化學(xué)品生產(chǎn)的能力。催化是魔術(shù)師，可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，石油化工行業(yè)的“油轉(zhuǎn)化”、煤—油融合、電解水制氫、甲醇的合成等，都離不開催化技術(shù)發(fā)展。
記者：“十四五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào)“前瞻性布局未來產(chǎn)業(yè)”。在氫能，二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)等領(lǐng)域，您認(rèn)為我國應(yīng)如何搶占技術(shù)制高點(diǎn)?傳統(tǒng)煤化工與可再生能源如何實(shí)現(xiàn)深度融合?
劉中民：氫能和CCUS是我國構(gòu)建新型能源體系、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)。要在上述領(lǐng)域搶占技術(shù)制高點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持系統(tǒng)性布局和原創(chuàng)性突破并重，強(qiáng)化關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，打通產(chǎn)業(yè)鏈條，拓展應(yīng)用場(chǎng)景，推動(dòng)多能融合協(xié)同發(fā)展。
在氫能領(lǐng)域，應(yīng)著力打通“制儲(chǔ)輸用”全鏈條技術(shù)，加快電解水制氫催化劑、高效儲(chǔ)運(yùn)材料、燃料電池核心部件研發(fā)等環(huán)節(jié)的原始創(chuàng)新和自主可控，積極推動(dòng)氫能在工業(yè)、交通等領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用研究。與此同時(shí)，可以前瞻布局太陽光催化制氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、氫負(fù)離子電池等前沿技術(shù)方向，搶占下一代技術(shù)發(fā)展先機(jī)。在CCUS領(lǐng)域，需要聚焦煤化工等高濃度排放源，優(yōu)先部署低能耗、低成本的捕集技術(shù)，加快突破溫和條件下CO2加氫制甲醇、烯烴等資源化利用關(guān)鍵技術(shù)，并推動(dòng)CCUS與氫能、可再生能源的融合發(fā)展，構(gòu)建“電—氫—碳”協(xié)同的能源轉(zhuǎn)化路徑。
傳統(tǒng)煤化工因原料煤富碳缺氫的特點(diǎn)，需要通過煤氣化和水煤氣變換實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步利用，但是該過程產(chǎn)生了高碳排放。將可再生能源與煤化工融合后，引入綠氫可取代傳統(tǒng)的水煤氣變換工藝，實(shí)現(xiàn)源頭減碳，并提高碳原子利用效率。超量綠氫還可以實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用，實(shí)現(xiàn)煤化工生產(chǎn)過程的低碳化、零碳化。
綠氫的成本和經(jīng)濟(jì)性是社會(huì)各界普遍關(guān)注的問題，也是學(xué)界重點(diǎn)突破的方向。另外，綠氫的利用也需要合適的工業(yè)場(chǎng)景，以最大限度發(fā)揮綜合效應(yīng)。
基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化可形成良性循環(huán)
記者：科技倫理治理日益成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。新型催化技術(shù)、生物燃料等前沿領(lǐng)域的研究，可能涉及哪些倫理風(fēng)險(xiǎn)?科研團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)如何建立“技術(shù)應(yīng)用—倫理評(píng)估”的雙軌機(jī)制?
劉中民：相關(guān)研究可能涉及以下三類倫理風(fēng)險(xiǎn)。
一是環(huán)境與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。新型納米催化劑、酶催化劑等可能具有未知的生物毒性或環(huán)境持久性，其生產(chǎn)、使用、廢棄過程存在土壤、水體污染等隱患。面臨水資源壓力，大量耗水可能會(huì)加劇水資源短缺地區(qū)的矛盾。碳足跡悖論可能出現(xiàn)，為種植能源作物而破壞的森林、濕地等碳匯，可能抵消甚至超過生物燃料帶來的碳減排效益。
二是社會(huì)倫理風(fēng)險(xiǎn)。生物燃料生產(chǎn)可能與糧食安全產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致貧困地區(qū)口糧減少或糧價(jià)上漲，加劇全球貧富差距。催化技術(shù)需要鉑、銠等稀有金屬，為了取得這些稀有金屬，可能加劇資源爭(zhēng)奪，這涉及地緣政治問題。
三是安全風(fēng)險(xiǎn)。研究有可能帶來一系列安全問題，如新型催化過程(高溫高壓、使用劇毒或易燃物質(zhì)等)可能使發(fā)生爆炸、泄漏等工業(yè)事故的風(fēng)險(xiǎn)更高。新型催化劑或生物燃料副產(chǎn)品(揮發(fā)性有機(jī)物、納米顆粒等)可能通過空氣、水或食物鏈進(jìn)入人體，影響長期健康。
科研團(tuán)隊(duì)可遵循三條路徑建立“技術(shù)應(yīng)用—倫理評(píng)估”雙軌機(jī)制。一是建立跨學(xué)科倫理治理體系，持續(xù)吸納多學(xué)科專家以保證體系的完善。二是從機(jī)制設(shè)計(jì)角度出發(fā)，將倫理考量深度嵌入科研項(xiàng)目全生命周期，與技術(shù)研發(fā)同步設(shè)計(jì)、同步部署、同步推進(jìn)，而非事后補(bǔ)救。三是對(duì)包括學(xué)生在內(nèi)的所有團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行常態(tài)化科技倫理培訓(xùn)，使其提升倫理敏感性和責(zé)任意識(shí)，掌握基本的倫理分析工具，并將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融合，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員學(xué)習(xí)環(huán)境科學(xué)、社會(huì)學(xué)、法學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)，培養(yǎng)系統(tǒng)性思維。
記者：近年來，科研領(lǐng)域“非升即走”“考核焦慮”等現(xiàn)象引發(fā)討論。您認(rèn)為應(yīng)如何通過評(píng)價(jià)體系改革，讓科研人員更專注于“從0到1”的原始創(chuàng)新?
劉中民：我認(rèn)為需要理性平衡考核的必要性與體系的科學(xué)性。在科研人員考核方面，要建立分類分層的考核評(píng)價(jià)導(dǎo)向。
要規(guī)范科研活動(dòng)屬性和評(píng)價(jià)重點(diǎn)。將科研人員活動(dòng)屬性劃分為基礎(chǔ)研究(含應(yīng)用基礎(chǔ)研究)、應(yīng)用研究與技術(shù)開發(fā)、科研支撐保障等不同類型。針對(duì)不同科研活動(dòng)類型，根據(jù)貢獻(xiàn)導(dǎo)向設(shè)置不同評(píng)價(jià)重點(diǎn)?；A(chǔ)研究(含應(yīng)用基礎(chǔ)研究)類重點(diǎn)評(píng)價(jià)學(xué)術(shù)成果的原創(chuàng)性和顛覆性、提出并解決重大科學(xué)問題的能力、成果的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用研究與技術(shù)開發(fā)類重點(diǎn)評(píng)價(jià)突破關(guān)鍵核心技術(shù)、解決關(guān)鍵技術(shù)難題的能力，科技成果產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際貢獻(xiàn)?？蒲兄伪Ｕ项愌芯縿t重點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)支撐能力和工藝技能水平。
記者：科研選題既要瞄準(zhǔn)國際前沿，又要解決產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)。以DMTO技術(shù)為例，如何平衡基礎(chǔ)研究的深度與產(chǎn)業(yè)化的速度?
劉中民：基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化可以形成雙向支撐的良性循環(huán)。以DMTO技術(shù)為例，從20世紀(jì)80年代起，大連化物所開始探索研究煤制烯烴技術(shù)?；诜肿雍Y等領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，經(jīng)過幾代科研人員近30年的接續(xù)攻關(guān)，年產(chǎn)180萬噸DMTO裝置于2010年8月實(shí)現(xiàn)投料試車一次成功。這不僅意味著我們開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DMTO成套工業(yè)化技術(shù)，還開辟了非石油資源生產(chǎn)烯烴的新路線，實(shí)現(xiàn)世界上煤制烯烴工業(yè)化“零”的突破。該技術(shù)于2014年獲得國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
在成果應(yīng)用突破后，為促進(jìn)煤代油技術(shù)創(chuàng)新，2015年，大連化物所利用DMTO技術(shù)產(chǎn)業(yè)收益，以及與原催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資金聯(lián)合設(shè)立的1億元甲醇轉(zhuǎn)化與煤代油新技術(shù)專項(xiàng)基金，反哺基礎(chǔ)研究。應(yīng)用研究與基礎(chǔ)研究并不相悖，科學(xué)問題明確更能夠促進(jìn)基礎(chǔ)研究的深入，促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。
記者：人工智能技術(shù)為化工領(lǐng)域研究帶來了哪些機(jī)遇?
劉中民：人工智能的快速發(fā)展為傳統(tǒng)研究領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。化工作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱，是實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、“雙碳”目標(biāo)以及推進(jìn)新型工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。化工生產(chǎn)過程涉及從微觀分子反應(yīng)到宏觀工業(yè)反應(yīng)器等多個(gè)層次的動(dòng)態(tài)平衡，構(gòu)成了時(shí)空多尺度復(fù)雜系統(tǒng)。由于缺乏精確的理論描述，化工技術(shù)開發(fā)長期以來受到逐級(jí)放大的制約，開發(fā)周期在10年以上，突破逐級(jí)放大約束是百年來化工界面臨的難題。
因此，發(fā)展智能化工，實(shí)現(xiàn)新技術(shù)開發(fā)從“實(shí)驗(yàn)室一步到工廠”，是當(dāng)前及未來化工領(lǐng)域內(nèi)必爭(zhēng)的“科技制高點(diǎn)”。目前我們正在推動(dòng)相關(guān)研究，包括攻關(guān)智能化工核心技術(shù)，構(gòu)建突破逐級(jí)放大的化學(xué)工程新方法體系，實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室小試—虛擬工廠—實(shí)際工廠”的化工新技術(shù)研發(fā)范式;建設(shè)跨尺度、全流程的智能化工數(shù)字底座，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)協(xié)同與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等工作。
致青年科技人才
青年人開展研究，要有跨學(xué)科思維?？茖W(xué)研究需要開闊的視野，通過與不同學(xué)科的研究者一起討論，科研人員在無形中能夠擴(kuò)大知識(shí)面;從不同的角度分析問題，也能夠讓人視野更開闊。視野開闊才能想“大事”，才有可能通過有效的方法成“大事”。
——劉中民
來源：科技日?qǐng)?bào)
評(píng)論