科技日报记者 张蕴
不久前，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）与科大讯飞股份有限公司等联合研发的智能化工大模型2.0Pro亮相。这是我国化工行业首个大模型，它的问世，为化工行业实现“实验室一步跨入工厂”目标提供了技术支撑。
该模型研发由中国工程院院士、大连化物所所长刘中民团队牵头。刘中民长期从事煤化工、石油化工领域应用催化研究与技术开发，在甲醇制烯烃（DMTO）的基础研究和工业应用方面作出重大贡献。近日，刘中民向科技日报记者解读了我国煤制烯烃产业的发展思路。
DMTO技术引领煤制烯烃产业发展
记者：您主导研发的DMTO技术已实现工业化应用。这一技术对降低石化行业碳排放、提升资源利用效率有何突破性意义？
刘中民：大连化物所从上世纪80年代起便致力于DMTO技术的研究。2010年，世界首套年产180万吨DMTO装置在神华包头煤化工有限公司一次开车成功，开拓了非石油路线生产基础化工原料的新路径。目前，DMTO技术已经发展到第三代，单套装置的甲醇处理能力达到360万吨/年。截至目前，DMTO系列技术已经签订了36套装置的技术实施许可合同，产能超过2400万吨烯烃/年，其中20套装置已投产。DMTO技术引领并支撑了我国煤制烯烃产业的快速发展，对于缓解石油供应紧缺问题、保障能源安全和石化产业链安全稳定具有重要意义。与煤炭燃烧等传统利用方式相比，DMTO技术的万元产值二氧化碳排放可降低约一半，是实现煤炭清洁高效利用的重要探索方向。
此外，DMTO技术也可用于生物质及可再生能源生产的绿色甲醇转化。
记者：近期国际油价波动加剧，国内石化行业正加速向“化工新材料”转型。您如何看待“减油增化”趋势下，DMTO等技术的市场前景？
刘中民：在“双碳”目标驱动下，我国能源结构加速绿色转型。可再生能源装机规模不断突破，2024年可再生能源发电量已占全部发电量的35%，电动汽车保有量呈持续增长态势，成品油市场将在2028—2030年达峰后进入加速萎缩阶段。据预测，2050年国内成品油需求量将降至1亿吨，不足目前的30%。
传统炼化行业虽然加速推进“减油增化”，但油化比的结构性降低存在理论极限，在成品油需求大幅下降的前提下，炼化产业的化学品供应能力同样受到限制。但另一方面，人民对美好生活的追求、经济社会的持续发展对高端化工产品、新材料的需求又将不断增长。
目前，我国乙烯的当量自给率尚不足60%。而DMTO以煤为原料，来源相对稳定可靠，成本可控，其技术也在不断升级，能耗、原料单耗等不断下降，经济性和绿色化水平不断提高。
此外，甲醇—石脑油耦合制烯烃技术也将对我国化学品供给和石化产业转型起到重要支撑作用。未来，随着绿电成本不断下降，绿色甲醇有望成为新型原料，制造过程的绿色化水平也会进一步提高，将有力支撑我国烯烃下游化学品和新材料消费需求。
记者：您提出的“甲醇经济”战略如何与传统石化产业升级形成协同效应？
刘中民：甲醇是跨越油气时代的重要能源载体，其生产可以与清洁能源联动，同时还是氢的有效载体。甲醇具有储能（氢）密度高、便于储运的优势，可直接作为燃料使用，在应急状态替代油品保障能源安全。同时，甲醇是连接清洁能源与煤化工和石油化工的桥梁，以甲醇为平台或以甲醇与石脑油耦合，可以向下游延伸，生产上百种化学品。在引领低碳煤化工发展和促进石化产业升级方面，甲醇展现出显著的技术经济优势和潜力。结合我国甲醇产能1亿吨/年的工业基础、应用效果和潜力，我认为甲醇有望与我国煤化工、石油化工高度协调联动，对保障能源安全和产业链稳定，促进可再生能源的利用与工业低碳化发展起到更加积极的作用。
我国能源结构转型面临一系列挑战
记者：在“双碳”目标背景下，我国能源结构转型面临哪些核心挑战？
刘中民：我国已经建立了规模庞大的能源、工业体系，为我国经济社会发展提供了澎湃动力和丰富物资。但与此同时，我们也面临着环境污染、碳排放约束和传统产业升级难等问题。在“双碳”目标下，能源、工业转型升级是全球新一轮科技革命、能源革命和产业变革发生的重要领域。当前，我国能源、工业体系的绿色低碳高质量发展主要在以下几个方面面临挑战。
一是能源、工业体系的高度复杂性使得科学决策面临困难。能源与工业系统是高度耦合、高度复杂的巨系统，受到技术经济性、系统稳定性、区域差异性等多因素影响，且与国际能源格局变化密切相关。
二是支撑能源转型、工业升级的技术路径还难以确定。能源低碳化是大方向，但路径有很多条，其中，可再生能源、裂变能、聚变能等均处于快速发展期。要达到低碳乃至零碳要求，必须推进工业流程再造。
三是如何将人工智能方法与相关领域的科学研究、产业发展深度耦合仍处于探索阶段。以大模型为代表的人工智能正在改变传统研发范式和生产方式，并为解决复杂系统问题提供了数据驱动新途径，但尚未充分发挥其应用价值。
总体来说，我国能源、工业转型升级对新技术的需求十分迫切，但科技创新供给尚难满足需求。
记者：从科技自主创新角度，您认为应如何通过催化技术突破实现“油化切换”，保障能源安全？
刘中民：油气对外依存度高一直是我国最大的安全隐患之一。当前，全球仍处于油气时代，能源与工业体系正在由单一能源、单一行业向跨系统、多元化融合转变。在“双碳”目标引领下，我国能源生产与消费结构调整是大势所趋，也为解决我国能源安全问题提供了契机。
油化本来是联动的，我国在炼化一体化方面作出了长期努力。随着电动汽车时代的到来，石油用量减少，石油供应安全问题将有所缓解，同时，也将造成油化分裂的局面。石油用量减少，但我国14亿人生活水平提升所对应的是石化产品刚性增长，这之间就存在矛盾。
新形势下，我们希望油化能够切换，以保障能源安全。石油炼制、石油化工、煤化工等加工过程均是各种分子的化学转化过程。因此，我们面临的问题就是如何利用已有的资源设计新的反应途径，使其兼具油品和化学品生产的能力。催化是魔术师，可以发挥关键作用。例如，石油化工行业的“油转化”、煤—油融合、电解水制氢、甲醇的合成等，都离不开催化技术发展。
记者：“十四五”规划强调“前瞻性布局未来产业”。在氢能，二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）等领域，您认为我国应如何抢占技术制高点？传统煤化工与可再生能源如何实现深度融合？
刘中民：氢能和CCUS是我国构建新型能源体系、实现“双碳”目标的重要战略支点。要在上述领域抢占技术制高点，应当坚持系统性布局和原创性突破并重，强化关键核心技术攻关，打通产业链条，拓展应用场景，推动多能融合协同发展。
在氢能领域，应着力打通“制储输用”全链条技术，加快电解水制氢催化剂、高效储运材料、燃料电池核心部件研发等环节的原始创新和自主可控，积极推动氢能在工业、交通等领域的规模化应用研究。与此同时，可以前瞻布局太阳光催化制氢、金属氢化物储氢、氢负离子电池等前沿技术方向，抢占下一代技术发展先机。在CCUS领域，需要聚焦煤化工等高浓度排放源，优先部署低能耗、低成本的捕集技术，加快突破温和条件下CO2加氢制甲醇、烯烃等资源化利用关键技术，并推动CCUS与氢能、可再生能源的融合发展，构建“电—氢—碳”协同的能源转化路径。
传统煤化工因原料煤富碳缺氢的特点，需要通过煤气化和水煤气变换实现进一步利用，但是该过程产生了高碳排放。将可再生能源与煤化工融合后，引入绿氢可取代传统的水煤气变换工艺，实现源头减碳，并提高碳原子利用效率。超量绿氢还可以实现CO2的资源化利用，实现煤化工生产过程的低碳化、零碳化。
绿氢的成本和经济性是社会各界普遍关注的问题，也是学界重点突破的方向。另外，绿氢的利用也需要合适的工业场景，以最大限度发挥综合效应。
基础研究与产业化可形成良性循环
记者：科技伦理治理日益成为社会各界关注的焦点。新型催化技术、生物燃料等前沿领域的研究，可能涉及哪些伦理风险？科研团队应如何建立“技术应用—伦理评估”的双轨机制？
刘中民：相关研究可能涉及以下三类伦理风险。
一是环境与生态风险。新型纳米催化剂、酶催化剂等可能具有未知的生物毒性或环境持久性，其生产、使用、废弃过程存在土壤、水体污染等隐患。面临水资源压力，大量耗水可能会加剧水资源短缺地区的矛盾。碳足迹悖论可能出现，为种植能源作物而破坏的森林、湿地等碳汇，可能抵消甚至超过生物燃料带来的碳减排效益。
二是社会伦理风险。生物燃料生产可能与粮食安全产生冲突，导致贫困地区口粮减少或粮价上涨，加剧全球贫富差距。催化技术需要铂、铑等稀有金属，为了取得这些稀有金属，可能加剧资源争夺，这涉及地缘政治问题。
三是安全风险。研究有可能带来一系列安全问题，如新型催化过程（高温高压、使用剧毒或易燃物质等）可能使发生爆炸、泄漏等工业事故的风险更高。新型催化剂或生物燃料副产品（挥发性有机物、纳米颗粒等）可能通过空气、水或食物链进入人体，影响长期健康。
科研团队可遵循三条路径建立“技术应用—伦理评估”双轨机制。一是建立跨学科伦理治理体系，持续吸纳多学科专家以保证体系的完善。二是从机制设计角度出发，将伦理考量深度嵌入科研项目全生命周期，与技术研发同步设计、同步部署、同步推进，而非事后补救。三是对包括学生在内的所有团队成员进行常态化科技伦理培训，使其提升伦理敏感性和责任意识，掌握基本的伦理分析工具，并将多学科知识进行融合，鼓励团队成员学习环境科学、社会学、法学等相关领域知识，培养系统性思维。
记者：近年来，科研领域“非升即走”“考核焦虑”等现象引发讨论。您认为应如何通过评价体系改革，让科研人员更专注于“从0到1”的原始创新？
刘中民：我认为需要理性平衡考核的必要性与体系的科学性。在科研人员考核方面，要建立分类分层的考核评价导向。
要规范科研活动属性和评价重点。将科研人员活动属性划分为基础研究（含应用基础研究）、应用研究与技术开发、科研支撑保障等不同类型。针对不同科研活动类型，根据贡献导向设置不同评价重点。基础研究（含应用基础研究）类重点评价学术成果的原创性和颠覆性、提出并解决重大科学问题的能力、成果的科学和应用价值。应用研究与技术开发类重点评价突破关键核心技术、解决关键技术难题的能力，科技成果产生的经济效益、社会效益及对产业发展的实际贡献。科研支撑保障类研究则重点评价技术支撑能力和工艺技能水平。
记者：科研选题既要瞄准国际前沿，又要解决产业痛点。以DMTO技术为例，如何平衡基础研究的深度与产业化的速度？
刘中民：基础研究与产业化可以形成双向支撑的良性循环。以DMTO技术为例，从20世纪80年代起，大连化物所开始探索研究煤制烯烃技术。基于分子筛等领域的理论基础，经过几代科研人员近30年的接续攻关，年产180万吨DMTO装置于2010年8月实现投料试车一次成功。这不仅意味着我们开发出了具有自主知识产权的DMTO成套工业化技术，还开辟了非石油资源生产烯烃的新路线，实现世界上煤制烯烃工业化“零”的突破。该技术于2014年获得国家技术发明奖一等奖。
在成果应用突破后，为促进煤代油技术创新，2015年，大连化物所利用DMTO技术产业收益，以及与原催化基础国家重点实验室资金联合设立的1亿元甲醇转化与煤代油新技术专项基金，反哺基础研究。应用研究与基础研究并不相悖，科学问题明确更能够促进基础研究的深入，促进技术的发展。
记者：人工智能技术为化工领域研究带来了哪些机遇？
刘中民：人工智能的快速发展为传统研究领域带来了新的机遇与挑战。化工作为国民经济的支柱，是实现能源结构调整、“双碳”目标以及推进新型工业化的重要基础。化工生产过程涉及从微观分子反应到宏观工业反应器等多个层次的动态平衡，构成了时空多尺度复杂系统。由于缺乏精确的理论描述，化工技术开发长期以来受到逐级放大的制约，开发周期在10年以上，突破逐级放大约束是百年来化工界面临的难题。
因此，发展智能化工，实现新技术开发从“实验室一步到工厂”，是当前及未来化工领域内必争的“科技制高点”。目前我们正在推动相关研究，包括攻关智能化工核心技术，构建突破逐级放大的化学工程新方法体系，实现“实验室小试—虚拟工厂—实际工厂”的化工新技术研发范式；建设跨尺度、全流程的智能化工数字底座，实现多源异构数据协同与标准建设等工作。
致青年科技人才
青年人开展研究，要有跨学科思维。科学研究需要开阔的视野，通过与不同学科的研究者一起讨论，科研人员在无形中能够扩大知识面；从不同的角度分析问题，也能够让人视野更开阔。视野开阔才能想“大事”，才有可能通过有效的方法成“大事”。
——刘中民
