从中国工程院《全球工程前沿2023》看能源与矿业工程发展态势 

　　工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿代表工程科技未来创新发展的重要方向。当今，新一轮科技革命和产业变革持续深入演进，前瞻把握世界科技发展动向，准确识变、科学应变、主动求变，已成为各国的共同选择。 

　　为研判工程科技前沿发展趋势，敏锐抓住科技革命新方向，中国工程院自2017年起开展全球工程前沿研究项目，每年研判并发布全球近百项工程研究前沿和工程开发前沿，以期发挥学术引领作用，积极引导工程科技和产业创新发展。在中国工程院2023年全球工程前沿报告中，能源与矿业工程领域的工程研究、工程开发成果是重点内容之一。该领域研判的12项工程涵盖了能源和电气科学技术与工程、核科学技术与工程、地质资源科学技术与工程、矿业科学技术与工程4个学科，本刊选编重点解读内容予以分享。 

　　能源与矿业工程研究前沿 

　　报告重点解读了以下四项工程研究前沿技术的发展态势。 

　　1.海水直接制氢技术研究 

　　自1975年威廉姆斯首先提出海水直接制氢技术构想，半个世纪以来，国际上仍以基于催化剂工程、非对称电解质、膜材料隔离、物理力学的相变迁移四大路径进行海水直接电解制氢。目前，相变迁移的海水直接电解制氢技术路线已初现优势，预计到2025年实现产能为100立方米/小时氢气的海水制氢系统量产，2028年前实现产能为1000～3000立方米/小时氢气的海水制氢系统量产，2033年前实现应用场景拓宽到污水、废水等非纯水资源的大规模直接制氢。 

　　2.紧凑型聚变堆高温超导磁体 

　　“紧凑型聚变堆高温超导磁体”工程研究核心论文数最多的国家是中国。目前，国际范围内利用高温超导磁体建设的紧凑型聚变堆有MIT的SPARC装置，其成功运行将证明全面商业运行的核聚变发电厂的可行性，让核聚变发电成为未来清洁能源的核心。未来5年内有望完成高温超导聚变堆应用可行性研究。在2033年前后，有望进行高温超导聚变电站的建设，实现聚变发电。 

　　3.能源资源遥感成像变化检测方法 

　　“能源资源遥感成像变化检测方法”工程研究核心论文数排名第一的国家是中国，该领域合作以中国为主，意大利、美国和荷兰等国围绕中国开展合作。未来5～10年，该技术将迎来一系列重要发展趋势：高分辨率和多频谱数据的融合将提供更精确的资源变化检测能力；机器学习和深度学习技术的普及将自动化进行遥感数据分析，降低人工干预程度；时序数据分析将有助于更好地理解资源变化趋势和周期性，提高变化检测的准确性；云计算和分布式计算资源的使用将提高数据处理和分析的效率。 

　　4.地热系统岩石热—水—力耦合过程下多尺度断裂模拟研究 

　　随着计算能力的提升和多学科交叉的深入，地热系统岩石热—水—力耦合过程的多尺度断裂模拟方法和技术将进一步发展。未来5～10年将实现更全面的地热系统岩石断裂模拟，模拟研究将更加依赖高性能、精细、复杂的计算，更准确地预测地热系统的岩石断裂情况。 

　　能源与矿业工程开发前沿 

　　报告重点解读了以下四项工程开发前沿应用的发展态势。 

　　1.动力电池快速充电及管理技术 

　　实现动力电池的安全快充离不开电池管理技术与本征材料改性的协同发展和调和融汇。通过上述技术可降低快充过程限速步骤的反应能垒，提高快充能力。将“抑制析锂（钠）”转变为“调控析锂（钠）”，通过以构建功能化SEI为代表的一系列调控策略使析锂（钠）分布均匀、形貌规则、高度可逆，本征解决金属枝晶析出引发的安全问题，减少快充对电池寿命的损耗，提高快充下的荷电状态。最终，集合多元技术的动力电池有望实现电动汽车的3分钟“加油式”快充电—充满电性能。 

　　2.快堆金属燃料和氮化物、碳化物核燃料及循环应用 

　　快堆核能系统通过核燃料后处理可以实现核燃料闭式循环，确保核能的可持续发展。目前该技术核心专利的主要产出国家中，中国的公开量和被引数比例远高于其他国家。金属燃料的发展目标是掌握铀锆合金的制造技术和工艺，预计2030年前完成铀锆合金合金金属燃料组件的辐照考验，燃耗达到150吉瓦·天/吨重金属。对于快堆及其他先进堆燃料的发展路线是开展氮化物、碳化物、铀钚锆、铀钚镅锆合金等先进燃料的研发，在2033年前突破制造工艺及关键技术，为先进堆提供更高性能的燃料组件结构材料。 

　　3.地面高精度重力测量找矿技术 

　　目前，国内外基于原子干涉原理，开发了一批地面绝对重力仪和重力梯度仪，绝对重力仪测量灵敏度高，重力梯度仪可观测到170E的重力梯度信号，且探头体积明显减小。未来主要研究方向包括小型化高精度原子绝对重力仪/重力梯度仪的研制、数据精细处理与解释等。 

　　4.油气勘探开发智能化协同平台 

　　中国石油天然气集团有限公司建设“勘探开发梦想云”平台，中国石油化工股份有限公司建设“石化智云”平台，中国海洋石油集团有限公司构建勘探开发协同工作环境和海陆协同工作体系，皆取得阶段性进展。未来主要研究方向包括：人工智能技术、智慧油气勘探研究、地质工程一体化构建、智能化装备研发、云计算平台建设、数据共享等。