【新觀察】讓黑色煤炭綻放綠色光芒

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評論

科研團隊向院士專家匯報課題進展情況。

“煤轉化過程智能研究”科研團隊被授予“科技攻堅突擊隊”稱號。

團隊負責人溫曉東（右一）與團隊成員調試設備。本組圖片由本報通訊員攝

　　中國科學院山西煤化所煤炭高效低碳利用全國重點實驗室908課題組在去年底開啟了一個極具挑戰性的項目——“煤轉化過程智能研究”。這是一支平均年齡32歲的年輕團隊，來自催化化學、計算機科學、工程熱物理等多學科科研人員跨界融合，“青年智慧成為攻堅克難的法寶。”今年7月，這支團隊被授予“科技攻堅突擊隊”稱號，團隊裡15名黨員沖鋒在前，立下“攻克智能煤化工核心技術”的軍令狀。

為能源轉型破題，不再走“試錯式”老路，而是用智能技術重構研發范式

　　我國以煤為主的能源結構稟賦，決定了煤的高效低碳利用是國家能源戰略安全的重要保障。煤炭轉化利用能效低、二氧化碳排放高，當前以試錯為主的技術研發模式存在效率偏低，研發周期長的難題。山西煤化所科研人員敏銳察覺到，將人工智能與煤炭轉化深度融合，是實現煤炭清潔高效低碳轉化的關鍵所在，這不僅有助於推動煤炭產業的智能升級，還能為保障國家能源安全、助力“雙碳”目標達成貢獻力量。“煤炭轉化不能再走‘試錯式’老路，必須用智能技術重構研發范式。我們瞄准目標，開啟了一場從實驗室到工業現場的智能革命。‘煤轉化過程智能研究’項目旨在通過構建煤轉化領域的專業數據庫體系，建設智能設計系統，集成自動化智能實驗平台，打造煤轉化過程智能研究設施，變革煤轉化過程技術研發，大幅降低研發周期，開辟煤轉化利用新路徑，實現煤炭轉化利用高端化、多元化和低碳化，搶佔智能煤化工科技制高點。”團隊總負責人、煤炭高效低碳利用全國重點實驗室主任溫曉東研究員說。
　　為了保障科學目標的實現，根據科研團隊提出的知識體系構建方法與相關前沿科學理論，工程建設負責人、年輕的科研人員劉星辰團隊要做的是把核心科學思想轉化為可用的軟件、數據平台與各種硬件平台。兩條線互為閉環——科學思想驅動工程實現，工程能力反過來擴展科學探索的尺度與速度。在項目啟動之初，團隊面臨著諸多問題和挑戰。在無先例可循的情況下，團隊要在一年半時間內將大數據與煤炭轉化相結合，完成自動化設施工程建設。團隊細化任務與層級分工，明確工程任務時間節點，在極短的時間內深入課題組、研發企業走訪調研，形成了初步設計方案。
　　項目自動化儀器硬件部分的負責人王飛回憶道：“在場地規劃階段，我們基於設備功耗、人員動線等數據建模，優化實驗室空間分配。例如，拉曼成像系統需避震環境，漿態床反應器需就近布置通風設施，在有限的空間裡實現了功能分區的最優解。數據驅動讓決策更加嚴謹。”走在數據中心，服務器陣列正在高速運轉，屏幕上滾動著密密麻麻的煤炭特性參數，記錄著不同煤種在千變萬化反應條件下的“脾氣秉性”。這裡存儲著萬量級的合成氣催化轉化數據，這些數據並非簡單堆砌，而是被科研團隊將創新模式嵌入數據構架，讓機器不僅能“看到數據”，更能“理解”數據背后的化學反應。從煤的工業分析、元素分析，到微觀結構表征，每一項數據的獲取都包含了科研人員的心血。

催化創新變革，以“科學家+工程師”的緊密合作模式，實現二者在國產化進程中的“深度握手”

　　在數據庫搭建完成的基礎上，科研人員著手研發智能設計系統，集成自動化智能實驗平台。運用人工智能算法，對煤炭轉化過程進行模擬與優化，為工藝設計與催化劑研發提供科學依據。在自動化實驗平台前，機械臂精准抓取樣品，自動送入反應釜，在控制室裡，智能系統正在根據傳回數據調整相關參數。
　　智能實驗平台試運行期間，團隊成員發現機械臂與固定床反應器的協同效率不足。通過記錄故障頻次、分析任務隊列，團隊重新編寫調度算法，使日均操作步驟從5000次提升至上萬次，體現了“發現問題—優化設計”的科學閉環。持續的迭代改進，讓王飛第一次親身體驗到基礎研究與應用落地的深度融合，上了一堂難得的求真與探索實踐課。
　　在高端科研儀器領域，進口設備長期佔據主導地位。作為“智能科學家”項目的重要組成部分，青年科研人員王浩領導的自動化硬件小組匯聚了自動化控制、精密機械、軟件開發和儀器應用等多領域青年才俊，成功攻克多項自動化改造核心技術，首次實現了物理吸附儀、化學吸附儀、電感耦合等離子體光譜儀、原位紅外儀等關鍵表征設備的全流程國產化自動化操作，為我國科研裝備自主創新注入強勁動能。
　　傳統表征儀器高度依賴人工操作，從耗材更換到軟件設置，設計邏輯都圍繞“人手展開”，而且還有更深的挑戰來自國外設備的技術壁壘。王浩說：“核心設計和決策遠在海外，遇到深層問題或定制需求時，溝通效率低、響應慢，嚴重制約科研效率和設備功能的深度開發。”王浩深知，認知是基石，團隊對各類表征儀器的工作原理、操作瓶頸有著近乎“庖丁解牛”般的深刻理解，這源於他們對科研實踐和對儀器細節的反復琢磨。機械工程師理解不了的應用痛點，一線的科研人員清晰提出：軟件工程師構想的智能邏輯，需要硬件工程師在物理層面實現落地，隻有緊密無間的協作，才能確保自動化方案既符合儀器科學原理，又具備工程實現的可行性。這支科研小分隊並非閉門造車，而是積極與國內有潛力的儀器廠商展開深度交流與合作。王浩表示，科研的終極目標是服務產業升級。我們把科研一線對自動化的迫切需求和對儀器性能的深刻理解反饋給廠商，共同探討設計全新的自動化改造方案。這種“科學家+工程師”的緊密合作模式，確保了最終的自動化系統不僅技術先進，更貼合國內用戶的實際操作習慣和本土化需求。
　　經此一役，王浩深有感觸，科學精神是攻堅的指南針，團隊協作是創新的倍增器。面對科研難題，嚴謹、堅韌、勇於探索的科學精神是披荊斬棘的不二法門。國產化需要“深度握手”，科研需求與工程技術的緊密結合，產學研用的有效聯動，是推動國產高端儀器真正落地生根、開花結果的必由之路。目前，項目相關的自動化改造方案正加速與國產儀器本體集成，有望大幅降低科研機構自動化升級門檻，提升我國在材料、化工、環境等關鍵領域的科研效率和競爭力﹔“智能科學家”項目將持續探索人工智能與自動化技術在科學研究中的深度融合。

煤海中書寫青春擔當，“困難前面有我們，我們面前無困難”

　　這支年輕的科研團隊，涌動著青春活力與創新激情。有剛入職的年輕人，有深耕領域多年的學科帶頭人，更有沖鋒在前的黨員，通過小組內部與小組之間的緊密協作，凝聚成更強的團隊戰斗力，將個人知識儲備的短板轉化為跨學科協作創新的優勢。
　　目前，團結協作取得裡程碑式成果——“煤轉化過程智能研究”項目已進入最后的軟硬聯調階段，形成了理論—實驗—數據一體化智能研發賦能工業催化劑高效開發模式。伸縮自如的機械臂操控化學反應步驟，海量的大數據歸納總結出科學演化的下一個拐點。據介紹，該項目的完成，有望成為新技術和過程研發的策源地，支撐研究范式變革，搶佔煤炭轉化科技制高點。
　　參與這一專項，王飛取得了自己科研的收獲，那就是智能設施的建成，團隊積累的經驗也將為其他領域的研究轉型提供參考。他說，催化劑是煤轉化的“心臟”，傳統研發往往需要數月甚至數年的反復試驗，而本項目通過自動化實驗平台與數據庫的聯動，實現“設計—制備—測試—優化”的閉環。鐵基催化劑的二氧化碳選擇性減少，正是基於高通量實驗與機器學習模型的協同迭代，為開發高效多相催化劑提供了方向。通過項目工程化實施，劉星辰體會到，極有成就感的重大科技項目既是技術挑戰，更是團隊協作與科學精神的試金石。“作為青年骨干，我們需以工程師思維助力科研突破，以創新思維鏈接技術與需求，啟發如何在工業設計中兼顧學術前沿性與工程可行性的命題。”他說。
　　在這個從“0”到“1”的大型項目的實踐中，團隊負責人溫曉東深刻體會到，強大的組織力在科學突破中的優勢，建制化大團隊帶來的持續能力與風險抵御力。當問題發生時，責任邊界清晰、協同機制成熟，能快速對接資源並保持質量﹔當項目遇到關鍵技術瓶頸時，短時間內匯聚核心資源、權責下沉並簡化決策鏈，從而在攻關節點實現速度與效果的最大化。
　　夜幕下的山西煤化所，實驗室裡燈光依舊明亮，這群年輕的科研人員用智能技術為煤炭轉化賦能，在能源革命的浪潮中，書寫著中國科研工作者的青春答卷。“困難前面有我們，我們面前無困難！”在這支突擊隊每位成員心中都有著共同的目標，“讓中國煤化工技術領跑世界，讓黑色的煤炭綻放綠色的光芒。”

本報記者沈佳本報通訊員李清波

(責編：溫文、馬雲梅)

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