关键矿产和材料是事关国民经济、国防建设、居民生活的基础原料，其供应链的稳定性意义重大。本文将矿产资源与材料产业进行关联，从资源勘查、采选、冶炼，材料加工、制造，产品回收等全产业链条的角度着手，分析了我国关键矿产及其材料产业的战略需求与发展现状；凝练了以产业链不畅通，资源端关键矿产供给不足，冶炼端耗能高、规模过大，材料端支撑保障能力不足、创新能力不强、产业基础薄弱，循环利用端发展滞后等问题。按照“找得着”（勘查）、“采得出”（采矿）、“用得上”（基础原材料制备）的基本思路，论证提出了2035 年“三步走”目标，并从采选、冶炼、基础原材料方面剖析了技术发展重点。系统提升国内矿产资源供给保障能力、全面提升新材料技术竞争力、畅通资源‒ 冶炼‒ 材料‒ 循环利用产业链，以此为重点举措来推动我国关键矿产及其材料产业供应链的高质量发展。
锂及其下游动力电池产业链的高质量发展，对支撑我国经济转型升级、保障战略性新兴产业平稳发展起到关键作用。本文梳理了锂及其下游动力电池产业链的构成，涵盖资源端、冶炼加工端、关键材料与产品端、循环利用端四部分，据此阐述了相关产业链高质量发展的必要性及其基本状况。研究发现，受自然、生态等约束，国内锂矿扩产受到限制；国际性的资源争夺导致我国海外进口风险剧增；正极材料、电解液等核心专利处于被国外公司垄断局面；关键材料与电池技术相比国际先进水平存在一定差距，新兴技术方向的积累薄弱；废旧动力电池资源二次回收体系不完备，产业秩序有待规范。着眼锂及其下游动力电池产业链的高质量发展，论证了2025 年、2035 年的阶段发展目标，提出了采取多维度构建安全稳定的资源供应体系、攻关关键材料和电池新技术并强化锂电技术体系及人才储备、围绕关键材料与产品实施创新以带动产业链各环节协同发展的建设路径。研究建议，注重顶层设计的完备性，形成全产业链一体化管理模式；合理加大资金支持力度，促进基础研究与应用研究水平互促提升；鼓励上、下游环节的企业开展合作，增强产业链协同效应；强化“产学研”合作，培育产业链复合型科技人才。
锰资源是重要的战略矿产之一，我国是全球最大的锰资源消费国和进口国，进口量近年来持续居高不下，再加上锰矿资源日益趋紧、产能严重过剩、锰渣污染严重、“小散乱”无序发展等严峻问题，导致了国内锰矿资源面临着较大的压力，对产业链的安全保障构成了威胁。本文从资源端、冶炼端、材料端、产品端和回收端5 个方面梳理我国锰矿资源及其材料的产业供应链，围绕我国锰产业发展的现状及前景、锰产业的绿色低碳循环发展、推动锰产业结构调整、提升锰资源储备等目标展开探讨，研究建议：践行绿色发展路径，实现锰渣的综合利用；保障国内锰资源储备，建立安全可控的资源供给体系；
提高行业集中度，优化锰产业结构；加大锰资源科研投入，促进科技成果转化。
天然石墨是一种由新制备及应用技术引领发展的新技术矿产，是支撑我国战略性新兴产业发展的重要原材料。本文分析了石墨资源及材料产业高质量发展的需求，总结了我国石墨资源及材料产业的发展现状，分析了我国石墨产业高质量发展的潜力和面临的主要问题，提出了我国石墨资源及材料产业下一步发展的目标。在此基础上，本文提出了石墨资源及材料产业高质量发展的举措，包括以石墨精深加工为中心布局技术创新体系；优化资源配置，加快发展绿色石墨企业及绿色石墨矿山；加强平台能力建设，夯实产业链供应链技术创新基础；重点突破石墨烯独特物性的专属应用，避免过度宣传。研究建议，健全我国石墨全产业链及供应链数据库，建立长期支持我国石墨产业高质量发展的政策机制，加快资源整合及“国际石墨谷”建设，规划布局创新能力平台和加强人才培养。
硫酸镍作为镍产业链中至关重要的一环，是支撑我国新能源汽车动力电池、电镀等领域发展的核心原料，其原料生产、冶炼加工、回收利用等技术发展方向和行业发展趋势都备受关注。本文梳理了我国硫酸镍产业的发展动态，总结了我国硫酸镍产量、技术等发展现状，分析了我国硫酸镍产业面临的主要问题及其发展趋势，认为我国硫酸镍发展面临的问题主要来自于原料供应紧张、碳排放强度高、回收体系不完善等。在此基础上，提出了面向2035 年的发展思路和发展目标，从注重供应体系的建立，促进多样化原料供应；促进技术创新，降低生产成本减少供应压力；加快发展再生镍行业，提高再生镍用量；加快推进我国企业国际化、产业一体化进程，提升核心竞争力等方面提出对策建议。期望以需求为导向，通过硫酸镍生产技术、原料供应、回收利用等体系的完善，促进我国硫酸镍产业持续健康发展。
西部地区富油煤资源量丰富，具备产业规模化发展的资源基础；科学认识富油煤的油气资源属性，推动以油气为主要产品的富油煤开发与转化，是增加国内油气供给、缓解油气对外依存度、保障国家能源安全的战略方向。本文依据现阶段煤炭资源的勘查成果，估算了西部地区富油煤资源潜力；系统梳理了西部地区富油煤开发利用的现状和存在问题；针对碳达峰、碳中和战略目标，智能绿色开发，弥补油气不足等新要求，论证提出了西部地区富油煤开发利用的基本理念与技术构想。研究认为，富油煤的开发利用，需要着重突破高精度综合勘查、高回采率开采、井下原位热解、热解气化一体化、原位热解半焦CO2封存等关键技术。研究建议，将富油煤纳入非常规油气资源管理，加大富油煤开发利用科技攻关，设立富油煤开发利用国家级示范区，推动西部地区新能源和富油煤协同开发，由此发挥富油煤作为煤基油气资源的特殊优势、实现煤炭资源低碳高值利用。
加大油气勘探开发力度，减少石油和天然气对外依存度，保障国家能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题。“十一五”以来，中国海洋石油集团有限公司在南海北部深水领域持续加强基础研究，加快技术创新和加大勘探投入，相继获得一批重大油气勘探发现。本文阐述了五项重大勘探地质理论认识和两项勘探技术创新成果，探讨了深水油气勘探将要面临的挑战和应对策略，展望了南海北部深水区中深层、潜山及岩性圈闭三大领域的勘探前景。研究指出，南海北部陆缘深水区的拆离作用控制了珠江口盆地和琼东南盆地大型凹陷的形成，发育了湖相、海陆过渡相和海相三套规模烃源岩；高‒ 变地温控制凹陷烃源岩快速生烃，建立了琼东南盆地深水区大型轴向峡谷水道油气成藏模式、白云凹陷深水区深水扇天然气晚期成藏模式和深水区“断‒ 脊”联控油气差异聚集成藏模式。同时自主创新研发了立体震源激发和“犁形”缆接收的宽频采集处理技术。在多项地质理论认识和创新技术的指导下，发现以“深海一号”（陵水17-2）等为代表的一批大中型气田，对于保障粤港澳大湾区能源供应、促进海南自贸区（港）能源绿色发展、推动我国油气增储上产具有重要意义。
“深海一号”大气田是我国首个自主发现和勘探开发的超深水大气田，探明天然气储量超千亿立方米。为经济高效地开发该气田，我国首次采取“半潜式生产储卸油平台+水下生产系统+海底管道”的全海式开发模式，通过自主设计、优化组织与管理、强化技术攻关与创新，成功建造了全球首座10 万吨级深水半潜式生产储卸油平台——“深海一号”能源站。本文在简要阐述“深海一号”大气田开发的建设背景和面临的挑战基础上，介绍了深水气田开发模式的优选与突破，深入总结了“深海一号”能源站在设计与建设过程中的半潜式平台立柱储油、超大吨位开口结构物预斜回正荷载横向转移、超大结构物半漂浮精准合拢等重大技术创新突破与价值经验，以期为今后我国深水、超深水油气田高效开发及半潜式平台高水平建设提供有益参考。
本文从“双碳”目标背景和氢能在我国构建清洁低碳、安全高效现代能源体系中的作用出发，系统梳理了全球氢能产业的进展情况，从氢能产业规模、产业特点、产业政策等方面分析了我国氢能源产业的发展现状、发展需求和面临的主要问题。当前，我国氢能产业战略布局不断强化，氢能基础设施领域投资逐步开展，区域产业集聚效应初步显现，但存在标准体系不健全、产业同质化苗头显现、产业链尚未打通且应用场景单一等挑战。研究建议：进一步加强氢能产业发展顶层设计，系统构建制氢、储氢及用氢技术标准体系，加大氢能全产业链的试点示范与推广，提升氢能科技创新，实现高水平自立自强，进而推动我国氢能产业高质量发展。
加快发展氢能产业，是应对实现“碳达峰、碳中和”目标和保障国家能源安全的战略选择。氢储能具有跨季节、跨区域和大规模存储的优势，同时具备一定的快速响应能力，在新型电力系统的“源网荷”各个环节均有很强的应用价值。本文剖析了氢储能相对其他储能技术的优势，阐述了新型电力系统对氢能的诉求，并构建了氢储能在新型电力系统“源网荷”中的应用价值体系。研究认为，氢储能在储存容量和放电时长等性能指标上可满足新型电力系统的要求，但在投资成本和转化效率方面与要求仍有一定差距；氢能系统与电力系统缺乏跨领域协同，氢储能在新型电力系统中的应用缺少相应的激励配套政策；在可再生能源制氢、电氢耦合运行控制和氢燃料电池发电等方面仍存在标准体系不健全甚至空白的问题。为此本文建议，现阶段应以效率高、成本低“电‒ 氢”广义氢储能方式为主，“电‒ 氢‒ 电”狭义氢储能方式为辅；充分发挥氢能市场、电力市场和碳市场力量，促进氢储能低碳低成本健康发展；积极探索氢能在不同距离尺度下的运输方式组合，解决氢能资源与负荷逆向分布难题；加快完善电氢耦合产业新型标准体系建设，抢占国际标准化制高点。
氢能产业是实现终端用能绿色低碳转型的重要依托，而氢能输送效率是现阶段制约氢能产业发展的瓶颈环节；天然气管道掺氢输送可在短期内提升氢能的时空调配规模与效率，为扩大氢能应用规模提供解决方案。本文在界定天然气掺氢产业链范畴的基础上，探讨了发展天然气掺氢产业在推动氢能产业发展、解决可再生能源消纳、保障能源供应安全、实现终端用能深度减碳、推动能源科技创新等方面的重要价值；梳理了天然气掺氢产业的国际进展、国内现状，据此凝练了掺氢比例、管材及终端设备适应性、安全性、经济性等关键问题。研究建议，加强天然气掺氢产业顶层设计，构建适合我国国情的天然气掺氢产业安全监管、技术与运营管理标准体系；以政府引导、企业主导、多方参与、利益共享为原则，积极布局掺氢天然气示范项目；探索形成掺氢天然气多元化应用场景与商业模式，培育健康可持续的天然气掺氢产业生态圈，从而稳步推动掺氢天然气产业规模化发展。
氢能是我国未来能源转型与产业发展的重要方向；港口城市是我国经济发展与对外开放的关键地带，加快和推动能源绿色低碳转型、布局氢能规模化开发利用是推动我国港口城市高质量发展的重要手段。本文首先明确了我国港口城市氢能产业发展的基础，分析了港口城市氢能产业发展的现状、已有规划目标以及存在的问题，进而提出了港口城市氢能发展的方向和路径选择。研究发现，我国港口城市具有区位优势明显、氢能资源丰富、应用场景突出、研发实力雄厚、人才集聚力强等发展基础，可以通过港口、重型卡车、公交车等应用场景，推进氢能重点工程项目的部署落实，将港口城市打造为氢能技术先进、氢能供应充足、产业链完备的国际能源枢纽。为进一步把握港口城市氢能产业发展的战略机遇，研究建议，各地要积极开放合作，构建良好生态；抓关键补短板，构建创新体系；坚持安全为先，推进场景应用；加快技术创新，激发发展动力。
固体氧化物燃料电池（SOFC）具有发电效率高、燃料适应性强、高温余热可回收等优点，在大型发电、分布式发电及热电联供、交通运输及调峰储能等领域具有广阔的应用前景，是最前沿的燃料电池技术。大力发展采用氢及碳基燃料的固体氧化物燃料电池技术将有助于推动我国能源供给侧结构性改革，推动能源技术革命，为实现碳达峰、碳中和目标奠定技术基础。本文介绍了国内外固体氧化物燃料电池产业的发展现状，分析了我国固体氧化物燃料电池产业发展面临的难题，结合国外固体氧化物燃料电池产业发展的经验，梳理了我国固体氧化物燃料电池产业发展的思路及重点任务。研究提出，加快制度体系建设，加强固体氧化物燃料电池技术及产业发展的顶层设计；强化财税金融支持，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，突出企业主体地位；坚持创新驱动发展，把自主技术创新作为推动固体氧化物燃料电池产业发展的主要驱动力；完善标准规范体系，形成具有自主知识产权的技术标准；加强固体氧化物燃料电池领域人才培养，深化国际交流与合作，为今后我国固体氧化物燃料电池产业的规模化、商业化发展提供指导。
航运业迅猛发展促使传统船舶的能耗与环境问题日益显现，氢动力船舶作为未来水路交通载运工具的发展方向之一将是实现水路交通领域碳达峰、碳中和目标的重要依托，因而研究我国氢动力船舶创新发展具有迫切性。本文梳理了氢动力船舶的发展现状，从氢动力船舶产业链发展态势、协同发展战略布局的视角完成了氢动力船舶产业布局研判；完成了发展氢动力船舶的技术经济可行性分析，覆盖氢和氨燃料、氢燃料电池、氢内燃机、基础设施、总拥有成本等角度；从氢气制取、氢气运输、大容量储氢、安全加氢、燃料电池、氢内燃机、多能源协同控制、氢应用安全等方面系统展开了氢动力船舶产业链关键环节分析。立足国情提出了我国氢动力船舶多阶段发展目标，论证形成了氢动力船舶发展路线图、氢燃料供应体系建设路径。研究建议，明晰应用场景、突破关键技术、完善配套设施、创新运营体系，以此推动我国氢动力船舶快速优质发展。
氢气是重要的工业原料和清洁燃料，氢气分离具有重要的经济和社会价值；膜分离法装置结构简单、转换高效、投资成本低且环境友好，在氢气分离领域应用前景广阔；氢气分离膜的性能是影响氢气分离过程效率的决定性因素，因而氢气分离膜技术研究一直是国内外膜领域的热点方向。本文阐述了氢气分离膜的应用需求、基本机理，系统梳理了致密金属膜、无机多孔膜、金属‒ 有机框架（MOF）膜、有机聚合物膜、混合基质膜的研究进展。研究发现，尽管无机多孔膜、有机聚合物膜、混合基质膜等具有良好的氢气分离纯化性能，但在分布式、小型化的应用场景下的分离性能仍待改进提高；提高钯基金属膜的抗毒化性能、优化膜的性价比，是促进工业应用的有效手段；整合无机多孔膜、MOF膜的优点，可促进分子筛分机制膜的性能跃升；有机聚合物膜的耐温、机械等性能仍需提高；对现有高分子膜材料进行改性、制备高分子合金，是开发新型气体分离膜的重要方向；混合基质膜在进行可控调节排布后，将显著提高膜性能。多种氢气分离膜的研究和应用，支撑了氢气分离纯化过程的发展，在材料种类丰富、制备工艺进步后将发挥更大的工程价值。
以能源高质量发展、交通强国建设为契机，推动能源与交通融合，将提升能源、交通两大基础行业的低碳化、高效化、集约化发展水平，支持实现我国碳达峰、碳中和战略目标。本文梳理了陆路交通能源系统的发展现状与趋势，阐述了能源与交通融合的必然性，提出了由动力层、物理层、应用层组成的新型交通能源系统架构；从能源主导、交通主导、能源交通并重等视角，分别剖析了互联电力网、电动化交通、能源交通融合网3 种新型交通能源系统形态。在评估高速公路、高速铁路等典型线路上交通能源系统可利用的自然资源禀赋潜力的基础上，提出了3 层结构、3 类形态、3 种驱动力相结合的陆路交通能源系统发展策略，以引导形成清洁低碳、融合高效的新型综合交通基础设施体系。研究认为，陆路交通能源系统的创新方向主要包括成套核心装备研制、融合系统构建与运维、技术规范与标准体系建设。为此建议，推进以清洁能源为主导、以电能为媒介的现代交通能源系统，创建清洁能源发电‒ 零碳原料燃料‒ 电动化驱动的新型交通动力系统，实施集能源、交通属性于一身的交通能源一体化新型基础设施规划建设。
能源与交通的交替进步承载了人类社会的繁衍发展与文明延续。面对资源紧缺、气候变化、环境污染带来的严峻挑战，利用交通资产能源化、交通用能绿色化途径可以有效实现交通领域“碳达峰、碳中和”目标已逐渐成为一种共识。本文系统回顾了道路交通能源融合的发展历史，调研并分析了源于国家能源安全、交通能源结构绿色化转型、交通资产能源化潜力开发，以及交通系统智能化等推动道路交通与清洁能源融合发展的需求与变化趋势。笔者在对我国道路交通风、光自然资源禀赋与用能需求自洽供给评估分析的基础上，给出了我国道路交通与能源融合发展的参考路径，并结合“碳达峰、碳中和”目标，提出了道路交通与能源融合发展的路线图。最后，提出了技术与政策两方面建议：在技术方面，建议强化科技研发、推进产业链发展，助力技术创新与融合；在政策方面，建议完善顶层设计与战略规划、支持探索市场新模式，进一步深化国际合作。
轨道交通是能源消耗和碳排放的重要行业，推进轨道交通能源结构变革和以能源自洽为特征的新型轨道交通能源系统发展是助力实现碳达峰、碳中和目标的重要手段。本文在分析轨道交通与能源融合发展需求的基础上，总结了轨道交通与能源融合的发展现状和发展趋势，从太阳能、风能等方面分析了轨道交通与能源融合发展的自然禀赋情况；根据电气化和非电气化轨道交通特点，提出了通过交通资产能源化充分利用可再生能源自然禀赋，实现新时代轨道交通能源融合发展的关键技术路径；最后，基于轨道交通新能源自洽供给潜力评估，提出了轨道交通与能源融合的系列场景和方式，最终形成了以轨道交通自洽能源系统构建为目标的轨道交通与能源融合的发展路线图和对策建议。研究建议：鼓励绿色智能轨道交通技术创新，构建轨道交通能源融合技术体系；实施核心科技攻关计划，统筹新能源与轨道交通产业布局；政策引领轨道交通能源融合发展，建立绿色金融政策保障体系。
能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，水路交通作为交通运输行业的重要组成部分是能源消耗与温室气体排放的重点领域之一，因此水路交通与能源融合发展成为应对资源紧缺、气候变化、环境污染等严峻挑战的有力举措。本文梳理了包括船舶、港口在内的我国当前水路交通用能特征形式，从供给、质量、利用模式的角度评估了相关主体的能源需求演化趋势；开展了水路交通与能源融合发展的技术性评估，涵盖自然禀赋分析、基础设施资产能源化应用潜力、用能需求研判，并据此提出了我国水路交通与能源融合的发展原则、思路与路径。本文从政策、关键技术、人才培养等层面提出了推动我国水路交通与能源融合的发展建议，以期为领域交叉研究、水路交通行业高质量发展提供基础参考。
我国将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设总体布局，电力在引领绿色发展中将发挥更加重要的作用。实施再电气化，实现能源生产侧“清洁替代”和能源消费侧“电能替代”，对我国如期实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。本文剖析了再电气化的核心内涵，结合基本国情及资源禀赋，提出以再电气化助力我国实现低碳发展，按照“终端能源需求—能源转换系统—一次能源结构”的研究框架，综合考虑经济、技术、政策、环境等要素，分析了不同情景下我国能源电力演变趋势，提出再电气化发展前景。研究结果表明，实施再电气化将有力推动实现碳中和目标，2060 年非化石能源消费比重达80%以上、清洁能源发电量比重达90%、终端电能消费比重达70%。研究建议，一是统筹协调好各行业碳预算与减排路径，二是加快经济、产业结构调整，三是推动关键领域科技创新，四是完善电力市场、碳市场体系建设。
聚变中子源可以真实反映材料在聚变中子辐照下的特性变化，对于开展聚变堆材料测试具有重要意义。基于加速器打靶原理的国际聚变材料辐照装置（IFMIF）与理想聚变中子源在聚变中子能谱等方面仍有一定差异，因此需对聚变中子源方案进行新的思索。本文围绕磁约束聚变中子源开展了磁场位形、加热方案设计与相关计算，分析了场反等离子体在两级级联磁压缩后的等离子体温度、密度演化过程及相应的中子产额，并研究了考虑双流体效应与有限拉莫尔半径效应后场反等离子体倾斜模、旋转模等磁流体不稳定性的抑制情况，最终给出了氘氘脉冲聚变中子源的关键物理参数。研究结果表明，该中子源有望获得年均2 MW/m2以上的高通量密度的聚变中子，能够满足商业聚变示范堆材料测试要求；经功率估算显示，基于场反位形进行两级级联磁压缩的新型聚变中子源方案还具备成为氘氘脉冲聚变能源的应用前景。
天然气水合物是一种世界公认的最具潜力的清洁能源，目前我国对水合物的勘探开采研究正进入关键突破阶段，南海泥质粉砂天然气水合物成藏机理与赋存规律尚不明晰，开采过程水合物分解相变机制与安全、高效技术仍需进一步探明。本文重点介绍了包括降压开采、固态流化开采等在内的天然气水合物开采技术的研究与应用现状，并通过分析天然气水合物开采技术存在的问题给出了相应的发展建议。研究建议，推动天然气水合物、深部油气等多气源立体开采基础研究和重大工程；强化技术融合，推进理论与实践协同并进；推进天然气水合物中试尺度实验和多场耦合的数值模拟大科学平台建设；建立健全天然气水合物的相关标准等措施，以提升我国天然气水合物开采技术的研发水平和技术成熟度，以期早日实现天然气水合物的大规模商业化开发，服务于我国的能源安全战略。
关于封面
2021 年，中国工程院启动开展“国家关键矿产及其材料产业供应链高质量发展战略研究”重大咨询项目，首次将矿产资源与材料产业供应链串联起来开展跨学科、跨领域、跨行业战略研究，从全链条的角度梳理矿产资源产业链供应链发展现状、关键问题，从保障供应链安全、畅通产业链条、促进国内大循环和国际国内双循环的角度系统提出发展建议，为国家经济高质量发展提供决策支撑，为相关部门制定产业政策提供理论依据。2019 年，中国工程院启动重大咨询项目“中国氢能源与燃料电池发展战略研究”，调研分析国内外氢能和燃料电池技术发展战略、产业发展现状以及能源系统应用的热点与难点，重点围绕制氢—储氢—输配等产业链成套关键技术和装备、氢能基础设施建设、燃料电池技术与系统集成以及氢能多元化应用等开展了系统研究，为国家和地方推动氢能产业发展落地实施提供咨询建议。本期专刊汇集了以上两个重大咨询项目的部分研究成果，期望能够为有关部门决策提供支撑和参考。
