專題：綠色低碳鋼鐵冶金

《科技導報》2025年第21期推出了“綠色低碳鋼鐵冶金專題”。

本專題聚焦鋼鐵工業實現“雙碳”目標的核心挑戰與解決方案。深入剖析了以氧氣高爐和氫基豎爐為代表的低碳煉鐵關鍵工藝革新，以高廢鋼比與智能電弧爐為核心的低碳煉鋼技術升級，以及將副產煤氣從燃料轉化為化工原料的資源高值化利用。通過對比中外技術進展、展示中國龍頭企業的工程實踐，勾勒出一條覆蓋“鐵-鋼-材”全鏈條的綠色轉型路線圖，為鋼鐵行業邁向智能、高效、近零碳的未來提供了堅實的技術支撐與前景展望。

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卷首語

抓住人工智能大機遇

作者：張亞勤

作者信息：張亞勤，中國工程院外籍院士、清華大學智能產業研究院院長、國際歐亞科學院院士。研究方向為數字視頻和人工智能。

摘要：人工智能的發展，正在經歷一場從生成式智能向智能體智能躍遷、從模型優化向成本效率革命深化、從純數字智能向物理與生物智能融合拓展的深刻變革。這場變革蘊含著巨大的機遇，將重塑經濟形態和社會面貌。

張亞勤. 抓住人工智能大機遇[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 1-2.

科技新聞

前沿動態

• 空間科學實驗聚集小鼠行為、膠體自組織與電池性能

• 釷基熔鹽堆首次實現核燃料“釷-鈾轉化”

• 冷凍電鏡抓拍到神經元之間“親吻-收縮-逃逸”通信過程

• AI+酶工程8 h可回收近99%聚氨酯塑料

• “即插即用”鹵素策略讓烯烴生產告別CO2排放包袱

• “中國天眼”首次捕獲系外恒星黑子區射電暴信號

• 弓頭鯨長壽與抗癌之謎被首次揭曉

卓越亮點

• 一貼即凝，一貼即測：久坐疾病預警新工具

• 光子矩陣技術讓拉曼信號從熒光背景中“顯形”

深度報道

• 尋找細胞模擬的“AlphaFold時刻”：AI基礎模型的突圍與瓶頸

科技評論

AI 能否成為化學知識的發現者？

作者：江俊1,2，崔乘幸2,3，黃文光4

1. 中國科學技術大學精準智能化學全國重點實驗室，化學與材料科學學院

2. 河南省科學院智慧創制研究所

3. 河南科技學院化學化工學院（計算化學研究所）

4. 科技導報社

摘要：人工智能（artificial intelligence，AI）正推動科學研究范式由“加速器”向“發現者”轉變。以中國科學技術大學“機器化學家”平臺的實踐為例，系統分析 AI 在化學知識發現中的潛力與挑戰。AI 通過機器學習、知識圖譜和自動化實驗系統，能夠在分子設計、譜學分析、催化篩選和材料研發中實現從數據到知識的躍遷。然而，要使 AI 真正成為化學知識的發現者，仍有“三重瓶頸”亟需突破：高質量數據匱乏、人類認知維度受限及實驗驗證效率低下。進一步探討了化學大模型、多模態數據融合及工業級智能實驗室如何通過數據驅動決策優化、跨學科研究加速與自動化實驗流程重構，推動未來科研范式的系統性重塑。

江俊, 崔乘幸, 黃文光. AI 能否成為化學知識的發現者？[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 16?22.

本刊專稿

科技創新驅動海洋碳匯交易機制建設

作者：焦念志1*，類彥立2*，李彥3，張寧4

1. 廈門大學碳中和創新中心

2. 中國科學院海洋研究所海洋生物分類與系統演化實驗室，海洋負排放（ONCE）國際標準研究中心

3. 國家應對氣候變化戰略研究和國際合作中心合作部

4. 山東大學威海前沿交叉科學研究院

摘要：海洋作為地球最大的活躍碳庫，在全球氣候治理和“雙碳”戰略中具有重大意義?；凇拔⑿蜕锾急谩保∕CP）理論，中國科學家發起海洋負排放（ocean negative carbon emissions，ONCE）國際大科學計劃，并在國際標準化組織（ISO）成立 ISO/TC8/WG15 工作組，構建了從科學原理到方法學再到國際標準的海洋負排放全鏈條路徑。圍繞“科學—方法學—碳信用—交易機制—國際規則”的邏輯主線，梳理了海洋碳匯的基本過程機制與監測方法學，探討了基于方法學碳信用的碳交易機制以及相關碳匯金融財政政策，提出了以“負排放科技創新+碳交易市場杠桿”雙輪驅動經濟發展模式，助力中國在全球治理中從參與者走向引領者。

焦念志, 類彥立, 李彥, 等. 科技創新驅動海洋碳匯交易機制建設[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 23?30.

特色專題：綠色低碳鋼鐵冶金

氧氣高爐研究進展及工程實踐

作者：李強，左海濱，王靜松，王廣，佘雪峰，薛慶國*

北京科技大學綠色低碳鋼鐵冶金全國重點實驗室

摘要：氧氣高爐（OBF）具有可實現大噴煤量、降低焦比、減少 CO2 排放、提高生產效率等優勢，是最有可能實現大規模應用的低碳煉鐵工藝之一，受到廣泛的關注。首先介紹了氧氣高爐的發展歷程，其次，從氧氣高爐的理論分析、物理模擬、數值模擬和工業實驗研究等方面介紹了氧氣高爐的研究現狀和發展趨勢。氧氣高爐的發展過程中出現了 Fink 流程、Lu 流程、FOBF 流程、NKK 流程、Tula 流程、 Poos 流程、BOBF 流程、OCF 流程和 LGC 流程等多種工藝流程。接著，從爐內反應狀態、生產技術指標以及物質流和能量流等角度分析了氧氣高爐的節碳潛力，結果表明，氧氣高爐與傳統高爐（TBF）相比具有很大的節碳潛力，結合 CO2 的捕集和封存技術節碳潛力將更大，噸鐵可降低 47.7% 的 CO2 排 放。闡述了中國寶武富氫碳循環氧氣高爐（HyCROF）取得的進展，該工藝的固體燃料消耗降低 30%， 碳減排超 21%，利用系數達到了 5.0 t/（m3 ·d），噸鐵成本較前期降低 150 元左右。最后，展望了以氫代碳、結合碳捕集與儲存技術和純氫還原技術，加速實現“高爐-轉爐”長流程的整合，構建智能、高效、高產的鋼鐵行業方向。

李強, 左海濱, 王靜松, 等. 氧氣高爐研究進展及工程實踐[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 31?41.

鋼鐵行業低碳煉鐵路徑分析

作者：卜佳佳1，曾旺1，龐焯剛1，周恒2，吳勝利2，寇明銀1，焦樹強1,2*，左海濱1*

1. 北京科技大學綠色低碳鋼鐵冶金全國重點實驗室

2. 北京科技大學冶金與生態工程學院

摘要：綜述了中國、日本和歐洲的低碳冶金技術，分析了歐盟的 ULCOS 項目、日本的 COURSE50 項目以及中國的多項低碳技術進展。各國通過開發氫直接還原、熔融還原及電解煉鐵等技術，積極應對鋼鐵行業的減碳挑戰。例如，ULCOS 項目通過高爐爐頂煤氣循環和新型直接還原工藝，致力于減少噸鋼 CO2 排放量。COURSE50 項目則結合氫氣噴吹與 CO2 捕集技術，推動減排目標實現。在國內“雙碳”戰略引領下，中國鋼鐵企業加速低碳技術規模化應用，形成多技術路線并行發展的格局。新疆八鋼歐冶爐冶煉工藝、山東墨龍 HIsmelt 熔融還原技術、寶鋼富氫碳循環高爐工藝、山西中晉 CSDRI 氣基直接還原工藝相繼落地，河鋼 120 t 氫冶金示范工程與寶鋼湛江百萬噸級氫基豎爐項目穩步推進，展現中國顯著的減碳潛力。

卜佳佳, 曾旺, 龐焯剛, 等. 鋼鐵行業低碳煉鐵路徑分析[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 42?53.

低碳排煉鋼技術發展路徑分析

作者：王巖1，李晶1*，史成斌1，劉燊2

1. 北京科技大學綠色低碳鋼鐵冶金全國重點實驗室

2. 江西臺鑫鋼鐵有限公司

摘要：為實現鋼鐵工業高質量發展和碳中和目標，推動低碳排煉鋼技術的研發與應用是核心路徑。系統分析了當前煉鋼流程的結構性變革，重點探討了通過高廢鋼比冶煉及使用直接還原鐵等清潔原料，以實現轉爐工序的低碳化運行。同時，深入剖析了電弧爐煉鋼技術如何通過綠色電力、智能供電、生物質碳源及降低輔料消耗等技術，邁向低碳乃至“近零碳”冶煉的技術方向。從技術集成、政策引導與能源結構轉型等維度，提出了系統化的低碳排煉鋼發展路徑，為鋼鐵工業的高質量與可持續發展提供理論支撐和實踐參考。

王巖, 李晶, 史成斌, 等. 低碳排煉鋼技術發展路徑分析[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 54?60.

煉鋼用合金減量化技術進展

作者：劉昕，包燕平*

北京科技大學綠色低碳鋼鐵冶金全國重點實驗室

摘要：煉鋼合金化過程中的合金減量化技術旨在減少合金元素的使用，降低生產成本，同時確保最終的鋼材仍然具有所需的性能和特性。介紹了鐵合金的理化特性，利用轉鼓實驗定量評價鐵合金粉化性能。在使用過程中應根據合金粒度和密度進行梯級存放，確保其吸收率，且在存儲、轉運和使用過程中應盡量減少碰撞，避免入爐前的粉化損失。利用神經網絡及大數據模型建立煉鋼合金減量化智能控制系統，已應用于國內 10 余家鋼鐵企業?；诂F場操作數據及過程分析，給出定制化合金循環替代方案，降低鋼鐵企業鐵合金使用成本。在冶煉特定鋼種時應注意合金中有害元素含量，同時針對合金主成分變化做出精細化選擇，減少因合金成分波動引起的成本增加。通過分析當前煉鋼用合金減量化技術，提出了未來鐵合金減量化方法的改進方向和趨勢：一是注重鐵合金品質的提升，減少不必要的合金元素使用，避免資源浪費；二是提升數字化和自動化技術水平，以監測和控制合金化過程，提高煉鋼工藝的穩定性和可控性。

劉昕, 包燕平. 煉鋼用合金減量化技術進展[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 61?68.

中國鋼鐵行業副產煤氣利用現狀和發展趨勢

作者：高天1，隋鵬2，鄧行健1，王靜松1*，王廣1，佘雪峰1，左海濱1，薛慶國1

1. 北京科技大學綠色低碳鋼鐵冶金全國重點實驗室

2. 中鋼設備有限公司

摘要：作為世界上第一大鋼鐵生產國，中國鋼鐵行業副產煤氣年生產量總和超過 14000 億 Nm3 ，其蘊含的能量相當于 2.66 億 t 標準煤。然而，目前中國鋼鐵行業副產煤氣以作為燃料燃燒使用為主，仍處于碳排放較高、綜合利用率較低的階段。為促進中國鋼鐵行業副產煤氣利用效率的提升，闡述了高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣 3 類核心副產煤氣的成分、熱值等特征及可用性，分析了以燃料燃燒為主的利用現狀與局限，探討了鋼化聯產、氫冶金路徑下的高值化利用途徑，含變壓吸附法（PSA）、化學吸收法提純 CO/CO2，及轉爐煤氣生物發酵、焦爐煤氣重整制甲醇/乙醇與氫能；重點論述了焦爐煤氣在 Midrex、Energiron?ZR 直接還原煉鐵中的應用優勢及實踐。研究表明，副產煤氣經技術升級可從單一燃料轉向化工原料，如焦爐煤氣高爐噴吹減排 10%~20%，中國寶武鋼鐵集團 HyCROFTM 富氫碳循環高爐技術驗證了其可行性。據此總結出，鋼化聯產協同、氫冶金耦合、CCUS 技術融合是其高效低碳利用核心方向，可推動行業從“碳冶金”轉向“氫冶金”，為鋼鐵行業綠色低碳轉型提供技術支撐。

高天, 隋鵬, 鄧行健, 等. 中國鋼鐵行業副產煤氣利用現狀和發展趨勢[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 69?80.

研究論文

模式匹配量子密鑰分發在無線公網電力業務中的應用

作者：卞宇翔1,2，李圓智3，呂超1,2，李端超4，陳偉4，馮寶1,2，石開毅5，李悅5，劉暢5，馬海強5*

1. 南京南瑞信息通信科技有限公司

2. 國網電力科學研究院有限公司

3. 國網安徽省電力有限公司電力科學研究院

4. 國網安徽省電力有限公司

5. 北京郵電大學理學院

摘要：量子密鑰分發（quantum key distribution，QKD）為解決傳統加密技術所面臨的安全挑戰和量子計算機帶來的威脅能夠提供信息理論要求的安全性。探究了 QKD 在無線公網電力業務中的應用且兼顧電磁干擾、通信距離等參數，進行建模和仿真，結果表明，模式匹配協議 QKD 在配對間隔數大于 104 時展現出很好的性能，超越 PLOB 界且依然達到超過 400 km 的傳輸距離，保證了通信鏈路的安全性，為模式匹配協議 QKD 在無線公網電力業務的應用提供了理論支撐。

卞宇翔, 李圓智, 呂超, 等. 模式匹配量子密鑰分發在無線公網電力業務中的應用[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 81?86.

激光選區熔融高溫合金粉末的循環利用

作者：譚黎明1,2，呂金1,2，張毅3，王子1,2，馬鑫3，張海龍3，羅一葦1,2，王俊程1,2，蘇捷1,2，文錦溶4，黃嵐1,2*，劉鋒1,2

1. 中南大學粉末冶金研究院

2. 中南大學粉末冶金全國重點實驗室

3. 中國航發南方工業有限公司

4. 普利（寧波）新材料科技有限公司

摘要：激光選區熔融作為金屬增材制造技術的典型代表，憑借其近凈成形能力和復雜結構制造優勢，在航空航天、生物醫療及能源領域獲得了產業化應用。高溫合金因其優異的高溫強度、抗氧化性及蠕變性能，成為激光選區熔融技術制備耐高溫部件的首選材料。然而，激光選區熔融過程中產生的未熔化粉末在經歷熱循環、氧化及粒徑分布變化后性能下降，其高效循環利用困難，成為制約產業可持續發展的關鍵瓶頸。圍繞高溫合金粉末在激光選區熔融過程中循環利用的研究進展，系統分析循環過程中粉末物理化學特性的演化規律,闡明循環粉末對成形件缺陷形成與力學性能的影響。隨著循環次數增加，粉末表面出現衛星粉和不規則顆粒，導致表面粗糙度增加，同時氧含量持續上升。此外，循環粉末導致成形件缺陷密度增加，表現為未熔孔隙和微孔增多，力學性能呈現復雜變化。綜述高效回收與再生方法的技術突破與應用案例，并展望了該領域未來的研究重點與發展方向。

譚黎明, 呂金, 張毅, 等. 激光選區熔融高溫合金粉末的循環利用[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 87?101.

電子結構視角下的定向外部電場對Diels-Alder反應調控機理

作者：廖俊超1，黃偉杰1，徐小飛1*，唐偉強1*，趙雙良2

1. 華東理工大學化工學院

2. 廣西大學化學與化工學院，廣西低碳技術與綠色化工材料實驗室

摘要：基于 Kohn?Sham 密度泛函理論，以環戊二烯與甲基乙烯基酮的 Diels?Alder 反應為例，揭示了定向外部電場（OEEF）對 Diels?Alder 反應的調控機制及微觀機理。結果表明，電場方向和強度（FZ）對反應速率與選擇性均有顯著影響：FZ>0 時反應速率增加、內型產物占比上升；FZ<0 時反應速率降低，但有利于提高外型產物的選擇性。微觀機制分析顯示，OEEF 通過誘導電子極化、降低 HOMOCP? LUMOMVK 能隙，進而提高分子軌道間的電子遷移能力，增強過渡態成鍵原子間的相互作用并促進片段間電荷轉移，從而穩定過渡態并降低能壘。此外，給出了 OEEF 調控反應的靜電勢、電子密度差、軌道能隙、片段電荷與偶極變化等電子結構描述符，借助這些描述符可理解和預測 OEEF 對 Diels?Alder 反應的影響。

廖俊超, 黃偉杰, 徐小飛, 等. 電子結構視角下的定向外部電場對 Diels–Alder 反應調控機理[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 102?110.

鐵失衡對肝臟免疫功能的影響

作者：王曉玉1,2，王蔚1，宋成雨1，田佳雨1

1. 中國農業大學食品科學與營養工程學院

2. 中原食品實驗室

摘要：鐵是維持免疫系統功能的關鍵元素，鐵失衡將導致免疫功能異常。肝臟是鐵儲存和調控的核心器官，通過精準感知機體鐵水平調節鐵調素分泌，進而維持鐵穩態。介紹了鐵失衡對肝臟免疫功能的影響及其機制，重點從先天性免疫與適應性免疫 2 大系統展開分析。在先天性免疫方面，鐵缺乏可抑制巨噬細胞向 M1 型極化、阻礙中性粒細胞分化，并增強自然殺傷（NK）細胞活性；鐵過載則促進巨噬細胞 M1 型極化、抑制中性粒細胞釋放 NETs 及產生活性氧（ROS），但對 NK 細胞的影響尚不明確。在適應性免疫方面，鐵缺乏抑制 T 細胞活化與 B 細胞抗體生成，鐵過載則誘導線粒體功能障礙并促進致病性 T 細胞分化，同時削弱調節性 T 細胞功能。目前研究仍存在諸多空白，例如鐵缺乏對巨噬細胞M2 型極化的調控機制、鐵過載對 NK 細胞功能的影響等尚未闡明，未來應加強相關信號通路及臨床轉化研究，探索靶向鐵代謝的免疫干預策略，為鐵代謝異常相關肝病的防治提供新思路。

王曉玉, 王蔚, 宋成雨, 等. 鐵失衡對肝臟免疫功能的影響[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 111?117.

機制砂混凝土疲勞性能研究進展

作者：孟慶領1,2,3，歐陽根平1，敬驍鋒2，王海良2,3*，郭曉宇2,3

1. 江西贛粵高速公路股份有限公司

2. 天津城建大學土木工程學院

3. 天津市土木建筑結構防護與加固重點實驗室

摘要：近 10 年來由循環荷載而引起的機制砂混凝土疲勞破壞問題已經逐漸開始引起人們的重視，但受試驗設備、試驗條件與環境等因素的影響，致使試驗結果呈現多樣性和離散性，未達成統一標準。為進一步分析機制砂混凝土的疲勞性能，提高疲勞壽命預測準確度，從機制砂混凝土力學性能影響因素（如石粉摻量、應力水平、機制砂替代率等）出發，總結其影響機制與規律，同時引入 Aas-Jakobsen 公式分析歸納了混凝土靜力性能與疲勞壽命之間的聯系，從而給出了考慮機制砂混凝土抗壓、抗彎和抗拉強度間轉化關系的疲勞壽命經驗性預測公式。此外，首次采用掃描電鏡與顯微硬度對不同機制砂替代率下混凝土界面過渡區及水化物的組成結構進行微觀分析，并進行了不同機制砂替代率（0、30%、70%、100%）下混凝土試件疲勞試驗，證明了 C30 混凝土配合比下機制砂最佳替代率為 50% 左右，利用試驗數據建立起考慮機制砂替代率的混凝土疲勞壽命預測模型，所構建的模型避免了重復開展大量試驗的成本，在材料組分差異較大或現場試驗條件受限的工程環境中具有更強的可推廣性。

孟慶領, 歐陽根平, 敬驍鋒, 等. 機制砂混凝土疲勞性能研究進展[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 118?126.

政策建議

中國空間科學與應用優先發展方向遴選

作者：念稷東1,2，楊國梁3，張偉1,4*

1. 中國科學院空間應用工程與技術中心

2. 中國科學院大學經濟與管理學院

3. 中國科學院科技戰略咨詢研究院

4. 中國科學院太空應用重點實驗室

摘要：中國空間站進入應用與發展階段，空間科學與應用成果頻現，如何科學合理地遴選出優先發展方向成為亟待解決的問題。為高效配置資源，促進重大成果產出，基于空間科學與應用領域高戰略價值、前沿探索性強、資源約束強等特點，提出戰略價值、方向本身價值、發展價值和可行性 4 項遴選準則；針對多學科、多部門參與特性，采用上下結合、多輪迭代的遴選流程，確?？臻g科學與應用優先發展方向遴選結果科學合理，并提出需要關注的關鍵問題：從學科發展生態的角度系統性思考；多渠道驗證，確保達成廣泛共識；健全配套實施制度，確保戰略規劃落地。

念稷東, 楊國梁, 張偉. 中國空間科學與應用優先發展方向遴選[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 127?134.

科技人文

一位諾貝爾獎巨星的隕落——記我與劍橋大學John Gurdon教授的2次交往

作者：謝曉亮

昌平實驗室

摘要：劍橋大學教授、2012 年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者 John Gurdon 是全球發育生物學和干細胞生物學領域的權威科學家，他對科學懷揣熱愛，更兼具持續鉆研的韌性。敘述了與 John Gurdon 2 次較深入交往的經歷，展現了他對科技前沿的關注、對科學探索的熱情、對后輩科學家的關愛，這些品質對后輩科學家影響至深。最后指出諾貝爾獎不應是科研終極目標，而 John Gurdon 教授終其一生對科學的純粹熱忱及對后輩的提攜關懷，才是值得珍視的榜樣力量。

謝曉亮. 一位諾貝爾獎巨星的隕落——記我與劍橋大學 John Gurdon 教授的 2 次交往[J]. 科技導報, 2025, 43(21): 135?136.

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《科技導報》創刊于1980年，中國科協學術會刊，主要刊登科學前沿和技術熱點領域突破性的研究成果、權威性的科學評論、引領性的高端綜述，發表促進經濟社會發展、完善科技管理、優化科研環境、培育科學文化、促進科技創新和科技成果轉化的決策咨詢建議。常設欄目有院士卷首語、科技新聞、科技評論、專稿專題、綜述、論文、政策建議、科技人文等。