文｜中国科学院院士、深圳中国科学院院士活动基地主任 成会明
实现碳达峰、碳中和的战略目标，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内、国际两个大局后作出的重大战略决策，是解决我国当前所面临的资源环境约束突出问题、实现绿色可持续发展的必然选择，这一战略目标也是构建人类命运共同体的庄严承诺，体现了我国携手世界各国一道，积极应对全球能源短缺与气候变化这一艰巨挑战的坚定决心，彰显了我国作为大国的责任与担当。
提升我国新材料自主创新研发能力势在必行
材料是人类社会进步的基石。从石器时代发展到以钢铁为代表的工业时代，以及如今以硅等半导体材料及器件为代表的信息时代，历史的演进无不伴随著材料的进展和突破，关键新材料的出现与应用往往是推动新技术革命的直接动力。随著经济社会的发展，新材料推动了人工智能、新能源汽车、高端装备、生物医药等新兴领域的快速发展，并促进著相关行业的快速迭代与进步，显著提升了人们的物质生活水平。鉴于新材料的重要战略作用，世界各国不约而同将新材料作为其主要发展目标。
作为材料大国，我国目前虽具有完善的材料制造产业，但对关键新材料的研究、开发与应用还落后于发达国家，导致在多个领域受制于人。几年前，《科技日报》列举了制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术，其中27项与材料密切相关，这充分说明了我国对新材料领域发展的迫切需求和面临的巨大挑战。
2016年，我国工业和信息化部发布了《新材料产业发展指南》，明确指出要重点发展先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料，以提升我国新材料的自主创新研发能力，实现从材料制造大国向材料研发强国迈进。近年来，我国材料科学研究成果显著，如高温超导材料、石墨烯等二维材料、纳米材料、光学晶体、先进钢铁等。在竞争日益激烈的国际形势下，实现新材料的突破并通过成果转化与应用对我国关键产业的发展具有重要的战略意义。
新材料的发展更加注重绿色节能环保
电脑科学、人工智能与实验相结合，加速了新材料的开发速度。传统材料的研发与改进主要是基于经验和实验的积累，以及大量重复性的“试错法”实验，工作量大且耗时长，新材料更新迭代速度较慢。据统计显示，过去一种材料从开发到工业化应用一般需要20-30 年之久。
面对新材料产业竞争日益激烈的现状，缩短新材料的研发周期成为当务之急。利用计算机科学与大数据，建立材料结构和性能的预测模型，对新材料进行设计，并通过实验结果对理论模型进行修正，能够大幅缩短新材料的研发周期。同时，基于实验数据和高通量理论计算结果，建立材料资料库系统，通过深度机器学习，能够设计新材料或优化材料的组分。
新材料发展与其他学科深度交叉融合。结合先进的材料制备手段，如磁控溅射、分子束外延沉积以及3D/4D打印等技术，对不同结构和功能的新材料的研发速度大幅加快。另一方面，新型二维材料如石墨烯、石墨炔、二硫化钼、黑磷、硅烯等新材料的发现，使人们对未知世界的认识和理解进一步加深。简而言之，新材料的出现促进了物理、化学、生物等学科的发展与进步，而相关学科的发展与技术进步也加速了新材料的研发进程。
新材料的发展更加注重绿色节能环保。能源危机、环境污染等问题对人类的可持续发展构成了严重威胁，因此，新材料的开发越来越重视节能环保。例如，通过采用四氟乙烷等取代传统氟利昂制冷剂，使用发光二极体（LED）节能灯，开发和应用节能建筑材料如利用绿色保温材料作建筑外墙等。此外，对材料研发和应用过程进行全生命周期的监测和评估，提高材料的利用效率，也成为重要的行业发展趋势。
金、产、学、研、用合作加速新材料的研发与产业化。新材料的发展不仅需要基础科学的研究，同时也需要结合市场的需求；此外，政策和资金的支持也是新材料发展不可或缺的一部分。因此，为实现新材料的创新发展，加强金产学研用合作，结合科研机构和大学、金融机构、创新企业以及政府多方的优势，推动新材料产业全面发展，是加速新材料研发及产业应用的重要途径。
碳中和技术智库推动湾区“双碳”科技
社会快速发展和人类物质文明高度发达的同时，能源和环境等问题也愈发突出。随著能源需求的增加，煤、石油、天然气等化石燃料的消耗与日俱增；然而，化石燃料资源有限，快速、持续、大量的消耗导致化石燃料面临日益枯竭的严峻形势。与此同时，化石燃料消耗所排放的二氧化碳等温室气体导致的温室效应、极端天气等气候问题，对人类社会的可持续发展造成严重威胁。
为应对上述全球性问题，世界各国纷纷采取行动。早在1992年，联合国促成了《联合国气候变化框架公约》以应对气候变化，此后世界各国又相继签订了《京都议定书》（1997年）、《哥本哈根协议》（2009年）、《巴黎协定》（2015年）等，旨在通过节能减排、发展清洁能源等手段，最终实现碳排放与碳吸收的平衡——即碳中和发展目标。
当前，我国大力发展非化石能源，能源消费结构优化成效明显，能源绿色低碳转型步伐加快。据国家统计局数据显示，天然气、水电、核电、新能源（风电、太阳能及其他能源）等清洁能源消费增长加快，占能源消费总量比重从2012年的14.5%提高到2023年的26.4%，煤炭占能源消费总量比重从68.5%降至55.3%；石油消费占比保持在18%左右。
为保障我国能源安全、实现碳中和，亟待大力发展新型能源材料，强力支撑清洁能源科学与技术，实现能源的高效生产与利用。想要实现碳达峰、碳中和的目标，就要求我们努力实现“六化”，即能源生产低碳化、能源使用电气化、工业过程氢能化、能源网络智能化、二氧化碳资源化以及资源利用循环化。作为能源高效生产与利用的关键和重要组成部分，新材料的发展与应用在实现碳达峰、碳中和的进程中起到至关重要的作用。
以平台建设赋能科创与可持续发展
在此背景下，中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所（碳中和技术研究所）应势而生。碳中和技术研究所围绕可再生能源生产、能源存储、能源利用创新链条中的核心科学与技术问题进行布局，重点开展颠覆性离子膜技术、钙钛矿光伏、超宽温域电池、水系安全储能电池、固态电池、二氧化碳的转换与利用、理论设计与人工智能、碳足迹与碳中和战略、能源材料回收及再利用等重要科技成果的产业化攻关，建立碳中和技术高端智库，打造全链条技术创新平台。
碳中和技术研究所以科学问题与市场需求为导向，培育和完善碳中和技术创新链条，通过技术成果转移转换和多方合作共建机制，打造碳中和产业集群，驱动产业升级，有效推进湾区“双碳”科技创新链、产业链、资金链与人才链的深度融合，助力深圳打造具有全球影响力的产业科技创新中心。同时，深入剖析低碳与无碳能源供给模式，为城市能源结构转型升级提供坚实理论根基，积极支撑双碳战略决策，紧密结合本地产业特色与城市发展诉求，提出针对性的战略咨询决策建议，激发全社会参与碳中和行动的热情，让绿色发展理念深入人心。
（作者系中国科学院院士、深圳中国科学院院士活动基地主任、中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所所长，本文发布于《紫荆》杂志2025年3月号）
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