全球能源结构与现状 - 当前全球超过80%的能源消费依赖于煤、石油和天然气等碳基化石燃料，碳基能源在可再生能源面前仍是主流 [6] - 截至2020年底，全球已探明石油储量为17,320亿桶，按2020年储产比计算，全球石油可维持现有生产消费50年以上 [9] - 全球能源消费需求持续增加但速率放缓，趋势是天然气和可再生能源比例增加，碳排放不断降低 [10] 中国能源形势与挑战 - 中国是世界上最大的能源消费国，2023年石油对外依存度为77%，天然气对外依存度为44% [11] - 中国能源结构有待改进，2022年煤炭占能源消费的56% [11] - 中国有70%的进口原油需经过马六甲海峡，能源供给受地缘政治风险影响严重 [13] - 中国在人均GDP仅约1万美元时面临双碳目标，无法重复发达国家先快速增长后饱和下降的能源消费历程 [13] 能源技术发展重点与瓶颈 - 可再生能源发展面临“三角难题”，无法同时满足稳定供应、环境友好、价格低廉三要素 [14] - 加州大学戴维斯分校教授估计，按当前研发速度，全球石油资源耗尽90年后替代技术才能成熟 [14] - 未来能源技术革命的重点是实现化石能源的高效、清洁利用，如原油的“吃光榨尽”和煤炭的高效清洁发电技术 [14] - 世界重油、超重油、油砂等非常规石油资源占全球原油总储量的70% [15] 中国重质油资源利用现状 - 中国原油结构中渣油（沸点大于500°C）平均含量高达47.8%，部分原油渣油含量甚至达65.8% [18] - 中国年原油消耗量达7亿吨，按47.8%比例计算，每年产生渣油超过3亿吨，但清洁利用能力仅为0.49亿吨，利用率不足20% [18] 催化材料技术创新与突破 - 20世纪60年代至80年代，催化技术经历了从Y型沸石、ZSM-5分子筛到TS-1分子筛的演进 [19] - 90年代首创的介孔分子筛（孔径2-50纳米）解决了传统微孔材料难以处理重油大分子的难题 [19] - 一克介孔材料铺展开的表面积可达几百甚至上千平方米 [19] - 开发出多级孔核壳结构微-介孔催化剂（FC系列），FC-38分子筛已实现千吨级生产 [21] - 在工业化装置中，新型催化剂使中间馏分油收率较传统催化剂提高1.5%，若全国推广，每年可增产150万吨航空煤油和柴油，创造约90亿元直接经济价值 [21] 渣油处理技术进步 - 开发出沸腾床技术，微球形催化剂容金属能力提高100%以上，流化性能提高10倍以上 [22] - STRONG沸腾床工业化示范装置单程渣油转化率达78.6%，5万吨/年装置累计运转超8000小时 [22] - 200万吨/年和300万吨/年的沸腾床渣油加氢工艺包已通过审查 [22] - 已创造出19种以FDU命名的新型介孔材料 [22] 材料研发的传统难题 - 材料研究面临数据标准化难题，因设备、环境、人员差异导致数据如同“联合国” [26] - 传统试图用简单公式解释复杂材料系统的思维存在局限性，材料科学很少遵循简单的因果关系 [27] - 占主导的还原论研究方法在分解复杂系统时，容易丢失组件间相互作用的关键信息 [28] - 实验室学术目标与商业世界在产出率、一致性、稳定性、成本等方面存在巨大鸿沟 [30] 人工智能驱动材料研发新范式 - 人工智能擅长处理高维、多尺度数据，可揭示复杂相关性，正开创材料设计和合成的新时代 [31] - 2023年《自然》杂志文章显示，Google DeepMind的GNOME模型和UC Berkeley的A-Lab系统极大地提高了发现和合成新型无机化合物的速度和准确性 [32] - AI模型通过数据、模型和计算深度融合，已发现超过220万个稳定结构，预测精度超80% [32] - A-Lab实现了自动化合成，将数月工作缩短为一天，在17天内创造了41种新材料 [32] - 利用AI可设计出200多种晶体材料，而传统实验室试错可能需要10年或更长时间 [32] - 通过自主开发的LASP计算软件，实现了复杂催化体系的大规模精准模拟，新一代AI方法可实现10万原子、纳秒量级的高精度模拟 [33]