2024年“科学探索奖”获奖人介绍｜能源环境领域

代表性成果

受全球变暖影响，极端热浪事件呈现频发、广发和强发趋势，严重影响人类健康和生产力，乃至对全球价值链造成复杂迭代的系统性影响。关大博通过自主研发多尺度“极端气候模拟-环境健康效益评估-经济产业链韧性分析”的灾害足迹模型，在网格尺度精准量化了不同社会经济发展路径下气候变暖导致的生命健康、劳动生产率和价值链中断损失的时空演进趋势，剖析了脆弱国家和关键产业的气候风险，从全产业链维度揭示了“网格-设施”尺度排放的“气候-健康-经济”互馈机制，为我国开展气候适应和风险防控提供决策参考，也为全球开展靶向性、协同性气候治理提供有力支持。

未来研究方向

将深入剖析面向碳中和的全球重点基础设施气候变化减缓与适应协同技术路径。这对于全球各国从设施尺度建立新技术体系，精准高效落实双碳目标并提升气候风险韧性具有重要作用。研究成果将提出新的研究范式，建立从设施尺度出发探究全球高耗能行业排放及减排路径的新方法，形成具备自主知识产权的减排评估模型和全球高耗能设施排放数据库，提升我国在气候变化减排领域的话语权。

代表性成果

高效稳定的二次电池储能技术是具有战略意义的关键支撑技术，锂离子电池是目前已在消费电子、电动汽车、规模储能等领域获得广泛应用的高比能电化学储能技术。为了进一步提高锂离子电池的能量密度、功率密度、循环寿命，亟待解决高容量电极材料的电化学活性低、反应动力学慢和体积膨胀大的共性基础科学问题。郭玉国提出“纳米三维导电网络”结构电极材料的设计原理，发现其对多种正负极活性材料的反应动力学提升、孔道限域、电场均匀、形变缓冲等效应。这些发现，不但有助于打破高容量硅基负极材料产业化应用的技术瓶颈，推动硅基负极材料的规模化制备及其在高比能锂离子电池中的应用，而且开辟了IA和VIA族元素空间限域电化学储能新方向，为下一代高性能金属锂（钠）二次电池的开发提供新思路。

未来研究方向

将深入开展高比能固态锂电池和长寿命固态储能电池技术两方面的科学研究。探索突破锂离子电池比能量的瓶颈，实现比能量倍增的电化学储能电池新体系。探索储能电池的安全性和寿命两大难题的解决方案，推动高安全、长寿命、低成本固态电池储能技术的发展和产业应用，助力“双碳目标”的实现。

代表性成果

对火的探索，始终伴随着人类文明的脚步。火灾是涉及燃烧反应、流体流动、热质传递等物理化学过程复杂耦合的科学问题，是人类社会面临的共同挑战。面向国家在载人航天、能源储运、高层建筑火灾安全的重大需求，胡隆华系统性探索了空间微重力、环境风、高原低压低氧等特殊环境的火灾科学，解决了特殊环境火灾燃烧机理、火蔓延规律、熄灭极限等理论难题，实现了火灾科学的原创性突破：提出了环境风作用下火灾燃烧尺度效应及高层建筑立体火行为基础理论，开创性地将火灾动力学理论及吹熄极限经典限界拓展到了高原低压低氧环境，提出了微/常重力火蔓延及熄灭极限差异理论。研究成果为我国首部空间防火国家标准制定、国家战略能源储运基地、高原古建筑历史文化遗迹、载人航天等重大工程和战略任务的火灾防控提供了重要的基础理论和科学支撑。

未来研究方向

探索浩瀚宇宙是全人类的共同梦想，深空探测是我国重大战略任务，火灾是重大威胁。人类对于空间特殊重力环境（超重力、弱重力）的火灾基本现象及科学规律还未知，重力的改变将显著影响流动、燃烧/化学反应和热质传递等物理化学基本过程，从而导致火灾现象、主控机制及规律的本质性变化。面向深空探测任务火灾安全的重大战略需求，胡隆华将探索发射升空阶段（～10g）、月球（g/6）、火星(g/3)、土星(1.2g)、木星（2.5g）等特殊重力环境火灾科学新发现、新知识和新理论，为科学界首次提供空间特殊重力环境火灾的热解着火、火蔓延、熄灭极限的科学数据与基础理论，突破空间特殊重力环境火灾科学未知领域，探索火灾的热解反应、气相流动、能量传递与着火规律，揭示火焰尺度、碳黑生成与火蔓延机理，提出耦合气相流动时间尺度、化学反应时间尺度以及传热耗散强度的火焰熄灭极限理论，形成空间特殊重力环境火灾科学新理论与知识体系。这一研究将为未来地外星球探测等空间探索任务的火灾安全奠定科学基础，并将人类对火灾科学的认知范畴由地面常重力推进至空间特殊不同重力环境，在世界火灾科学领域产生突破性和引领性影响，支撑深空探测重大战略，服务人类宇宙探测未来。

代表性成果

能源资源是人类生存发展的核心要素。我国浅部能源资源开采殆尽，向地球深部要能源资源不仅是前沿科学问题，更是国家能源安全和民生问题。制约深地固体资源开发的核心因素是深地岩体灾害，其预测与分析是世界性难题。为此，张茹紧抓深地岩体灾害的两大核心诱因：深地赋存环境和工程扰动特征，原创了深地岩体原位扰动力学实验原理和科学模拟装置，研发了深地岩体扰动裂隙差分覆盖表征新方法和三维重构推演技术。以此为基础，突破传统单一因素和应力-强度分析视角，提出了基于裂隙捕捉与表征的双参量动力灾变判识与评估技术。成果直接推动了深地扰动岩体力学与三维裂隙重构原理与技术革新，促进了千米级深地工程灾害孕育判识与等级界定难题的解决，应用于四川、河南、山西等省的国家大型能源企业多个矿山与地下工程，为我国深地资源安全高效开发的理论创新与技术突破奠定了坚实基础。

未来研究方向

我国固体资源70%以上赋存于2000m以深，向地球更深处要资源、要能源是必然发展趋势。面向深地资源安全高效开发全球争夺热点和国家战略需求，针对现有深地开采理论与技术瓶颈，张茹首次引入深地岩体地质时变独特视角，开拓世界最深（2400m）中国锦屏地下实验室绝佳研究平台，率先开展深地科学与地质时变原位探测实验（GeoDEX）科学计划，聆听地球内部“声音”、探索深地科学奥秘，攻关深地原位环境演变致灾世界前沿科学难题，构建以地质时变为牵引的深地资源开采工程灾害防控体系，形成以岩体地质时变为突破口的深地科学与工程安全探索新范式。GeoDEX科学探索计划的实施，不仅为深地工程科学全球热点研究提供崭新视角，还为国际学术界提供宝贵的深地原位探测平台和科学数据支撑，有望推动全人类在深地科学领域获得原创性-突破性-颠覆性发现，为地球更深部的能源资源安全高效开发奠定先导性理论与技术储备。