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一、實(shí)驗(yàn)室簡介

“介科學(xué)與工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的前身和發(fā)展要追溯到半個世紀(jì)之前。1986年在聯(lián)合國項(xiàng)目的資助下，化工冶金所流態(tài)化實(shí)驗(yàn)室升級為中科院多相反應(yīng)開放實(shí)驗(yàn)室，首屆主任為郭慕孫院士。2001年更名為中科院多相反應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)科技部批準(zhǔn)，2006年開始籌建并于2009年正式升級為多相復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，首屆主任為李靜海院士。2022年經(jīng)中科院批準(zhǔn)重組為介科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2023年獲批建設(shè)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)任學(xué)委會主任劉中民院士，學(xué)委會副主任韓布興院士和謝在庫院士，主任楊寧研究員，副主任楊亞鋒研究員、劉艷榮研究員和姚明水研究員。

圖1. 實(shí)驗(yàn)室發(fā)展歷程

圖2. 實(shí)驗(yàn)室的科研布局

1.發(fā)展介科學(xué)理論與方法，支撐低碳重大應(yīng)用：在介科學(xué)理論研究的成果基礎(chǔ)上，探索機(jī)理性可解釋人工智能、變分多尺度和粗粒化等前沿模擬分析方法及其有機(jī)結(jié)合，建立突破性的高效高精度計(jì)算模型與算法，發(fā)布大型系列軟件，建立相應(yīng)的物性、裝備和生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫。基于介科學(xué)方法與自主模擬軟件體系建立虛擬過程工程技術(shù)平臺，鑄就低碳過程和過程工業(yè)再造的智能內(nèi)核，推動其研發(fā)和生產(chǎn)模式變革。

2.建立低碳關(guān)鍵技術(shù)群：過程工業(yè)流程長且產(chǎn)品門類極為復(fù)雜，CO2排放總量高且去除難度大。比如：過程工業(yè)的原油、煤炭、礦物年消耗量分別為6億、3億和20億噸，CO2年排放分別為13.6億、5.4億和24億噸，急需發(fā)展變革性低碳技術(shù)。為此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)基礎(chǔ)和相關(guān)的介科學(xué)研究進(jìn)展，將重點(diǎn)突破碳基能源制化學(xué)品變革性技術(shù)、鐵礦提質(zhì)與低碳冶煉變革性技術(shù)、近零碳電爐高效冶煉技術(shù)、基于CO2原位捕集的水泥生產(chǎn)新工藝，從工藝源頭實(shí)現(xiàn)低碳過程的流程再造。

3.發(fā)展過程耦合與系統(tǒng)集成方法，實(shí)現(xiàn)碳排放-質(zhì)量-成本-效率綜合最優(yōu)：發(fā)展全過程綠色度、碳排放和碳足跡的定量評價(jià)方法。針對典型工業(yè)過程的耦合及生態(tài)工業(yè)園區(qū)，如新能源發(fā)電(熱)-電解水制氫-煉油-化工-CCUS-廢棄物循環(huán)等，考慮能效、資源利用率、綠色度、經(jīng)濟(jì)性、碳排放等多個目標(biāo)，發(fā)展基于智能算法的多目標(biāo)優(yōu)化方法，獲得最優(yōu)解，指導(dǎo)低碳技術(shù)的開發(fā)和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

圖3. 實(shí)驗(yàn)室的研究平臺

二、現(xiàn)任領(lǐng)導(dǎo)

三、學(xué)術(shù)委員會

四、優(yōu)秀人才

五、課題組

六、什么是介科學(xué)？

“介科學(xué)”是中國科學(xué)家率先提出的新領(lǐng)域，它是描述介尺度時空非均勻結(jié)構(gòu)的形成和演化規(guī)律及其背后的驅(qū)動機(jī)制，即多種機(jī)制“競爭中的協(xié)調(diào)” 的科學(xué)理論及方法；旨在突破傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)平均方法和還原論方法的局限性，破解工程科學(xué)的復(fù)雜性，開創(chuàng)過程工程新紀(jì)元。

為進(jìn)一步闡述介科學(xué)的內(nèi)涵和前景，中國科學(xué)院過程工程研究所聯(lián)合英國牛津大學(xué)，對介科學(xué)產(chǎn)生的背景、面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇進(jìn)行了深刻而簡要的介紹。介尺度是指介于微觀（元素）尺度和宏觀（系統(tǒng)）尺度之間的尺度范圍，在這個尺度范圍內(nèi)，存在一種特征結(jié)構(gòu)，即介觀結(jié)構(gòu)，具有空間和時間的動態(tài)異質(zhì)性，這對系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。需要介尺度的參數(shù)來將元素尺度的機(jī)制與系統(tǒng)的行為聯(lián)系起來。介科學(xué)的目標(biāo)是發(fā)展一種盡可能普遍的原理，為不同層次的學(xué)科建立這樣的橋梁， 如圖3所示。詳細(xì)見《國家科學(xué)評論》（National Science Review）中“Mesoscience: Exploring the common principle at mesoscales”