文｜中國科學院院士、深圳中國科學院院士活動基地主任 成會明

實現碳達峰、碳中和的戰略目標，是以習近平同志為核心的黨中央統籌國內、國際兩個大局後作出的重大戰略決策，是解決我國當前所面臨的資源環境約束突出問題、實現綠色可持續發展的必然選擇，這一戰略目標也是構建人類命運共同體的莊嚴承諾，體現了我國攜手世界各國一道，積極應對全球能源短缺與氣候變化這一艱巨挑戰的堅定決心，彰顯了我國作為大國的責任與擔當。

提升我國新材料自主創新研發能力勢在必行

材料是人類社會進步的基石。從石器時代發展到以鋼鐵為代表的工業時代，以及如今以硅等半導體材料及器件為代表的信息時代，歷史的演進無不伴隨著材料的進展和突破，關鍵新材料的出現與應用往往是推動新技術革命的直接動力。隨著經濟社會的發展，新材料推動了人工智能、新能源汽車、高端裝備、生物醫藥等新興領域的快速發展，並促進著相關行業的快速迭代與進步，顯著提升了人們的物質生活水平。鑒於新材料的重要戰略作用，世界各國不約而同將新材料作為其主要發展目標。

作為材料大國，我國目前雖具有完善的材料製造產業，但對關鍵新材料的研究、開發與應用還落後於發達國家，導致在多個領域受制於人。幾年前，《科技日報》列舉了制約我國工業發展的35項“卡脖子”技術，其中27項與材料密切相關，這充分說明了我國對新材料領域發展的迫切需求和面臨的巨大挑戰。

2016年，我國工業和信息化部發布了《新材料產業發展指南》，明確指出要重點發展先進基礎材料、關鍵戰略材料和前沿新材料，以提升我國新材料的自主創新研發能力，實現從材料製造大國向材料研發強國邁進。近年來，我國材料科學研究成果顯著，如高溫超導材料、石墨烯等二維材料、納米材料、光學晶體、先進鋼鐵等。在競爭日益激烈的國際形勢下，實現新材料的突破並通過成果轉化與應用對我國關鍵產業的發展具有重要的戰略意義。

新材料的發展更加注重綠色節能環保

電腦科學、人工智能與實驗相結合，加速了新材料的開發速度。傳統材料的研發與改進主要是基於經驗和實驗的積累，以及大量重複性的“試錯法”實驗，工作量大且耗時長，新材料更新迭代速度較慢。據統計顯示，過去一種材料從開發到工業化應用一般需要20-30 年之久。

面對新材料產業競爭日益激烈的現狀，縮短新材料的研發周期成為當務之急。利用計算機科學與大數據，建立材料結構和性能的預測模型，對新材料進行設計，並通過實驗結果對理論模型進行修正，能夠大幅縮短新材料的研發周期。同時，基於實驗數據和高通量理論計算結果，建立材料資料庫系統，通過深度機器學習，能夠設計新材料或優化材料的組分。

新材料發展與其他學科深度交叉融合。結合先進的材料製備手段，如磁控濺射、分子束外延沉積以及3D/4D打印等技術，對不同結構和功能的新材料的研發速度大幅加快。另一方面，新型二維材料如石墨烯、石墨炔、二硫化鉬、黑磷、硅烯等新材料的發現，使人們對未知世界的認識和理解進一步加深。簡而言之，新材料的出現促進了物理、化學、生物等學科的發展與進步，而相關學科的發展與技術進步也加速了新材料的研發進程。

新材料的發展更加注重綠色節能環保。能源危機、環境污染等問題對人類的可持續發展構成了嚴重威脅，因此，新材料的開發越來越重視節能環保。例如，通過採用四氟乙烷等取代傳統氟利昂製冷劑，使用發光二極體（LED）節能燈，開發和應用節能建築材料如利用綠色保溫材料作建築外牆等。此外，對材料研發和應用過程進行全生命周期的監測和評估，提高材料的利用效率，也成為重要的行業發展趨勢。

金、產、學、研、用合作加速新材料的研發與產業化。新材料的發展不僅需要基礎科學的研究，同時也需要結合市場的需求；此外，政策和資金的支持也是新材料發展不可或缺的一部分。因此，為實現新材料的創新發展，加強金產學研用合作，結合科研機構和大學、金融機構、創新企業以及政府多方的優勢，推動新材料產業全面發展，是加速新材料研發及產業應用的重要途徑。

碳中和技術智庫推動灣區“雙碳”科技

社會快速發展和人類物質文明高度發達的同時，能源和環境等問題也愈發突出。隨著能源需求的增加，煤、石油、天然氣等化石燃料的消耗與日俱增；然而，化石燃料資源有限，快速、持續、大量的消耗導致化石燃料面臨日益枯竭的嚴峻形勢。與此同時，化石燃料消耗所排放的二氧化碳等溫室氣體導致的溫室效應、極端天氣等氣候問題，對人類社會的可持續發展造成嚴重威脅。

為應對上述全球性問題，世界各國紛紛採取行動。早在1992年，聯合國促成了《聯合國氣候變化框架公約》以應對氣候變化，此後世界各國又相繼簽訂了《京都議定書》（1997年）、《哥本哈根協議》（2009年）、《巴黎協定》（2015年）等，旨在通過節能減排、發展清潔能源等手段，最終實現碳排放與碳吸收的平衡——即碳中和發展目標。

當前，我國大力發展非化石能源，能源消費結構優化成效明顯，能源綠色低碳轉型步伐加快。據國家統計局數據顯示，天然氣、水電、核電、新能源（風電、太陽能及其他能源）等清潔能源消費增長加快，佔能源消費總量比重從2012年的14.5%提高到2023年的26.4%，煤炭佔能源消費總量比重從68.5%降至55.3%；石油消費佔比保持在18%左右。

為保障我國能源安全、實現碳中和，亟待大力發展新型能源材料，強力支撐清潔能源科學與技術，實現能源的高效生產與利用。想要實現碳達峰、碳中和的目標，就要求我們努力實現“六化”，即能源生產低碳化、能源使用電氣化、工業過程氫能化、能源網絡智能化、二氧化碳資源化以及資源利用循環化。作為能源高效生產與利用的關鍵和重要組成部分，新材料的發展與應用在實現碳達峰、碳中和的進程中起到至關重要的作用。

以平台建設賦能科創與可持續發展

在此背景下，中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所（碳中和技術研究所）應勢而生。碳中和技術研究所圍繞可再生能源生產、能源存儲、能源利用創新鏈條中的核心科學與技術問題進行布局，重點開展顛覆性離子膜技術、鈣鈦礦光伏、超寬溫域電池、水系安全儲能電池、固態電池、二氧化碳的轉換與利用、理論設計與人工智能、碳足跡與碳中和戰略、能源材料回收及再利用等重要科技成果的產業化攻關，建立碳中和技術高端智庫，打造全鏈條技術創新平台。

碳中和技術研究所以科學問題與市場需求為導向，培育和完善碳中和技術創新鏈條，通過技術成果轉移轉換和多方合作共建機制，打造碳中和產業集群，驅動產業升級，有效推進灣區“雙碳”科技創新鏈、產業鏈、資金鏈與人才鏈的深度融合，助力深圳打造具有全球影響力的產業科技創新中心。同時，深入剖析低碳與無碳能源供給模式，為城市能源結構轉型升級提供堅實理論根基，積極支撐雙碳戰略決策，緊密結合本地產業特色與城市發展訴求，提出針對性的戰略諮詢決策建議，激發全社會參與碳中和行動的熱情，讓綠色發展理念深入人心。

（作者係中國科學院院士、深圳中國科學院院士活動基地主任、中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所所長，本文發布於《紫荊》雜誌2025年3月號）