【全国重点实验室】介科学与工程全国重点实验室

导读

自2022年以来，全国已经完成医药、能源、工程等多个领域全国重点实验室，化学领域国家重点实验室也在重组过程中，化学加特别整理汇总化学相关领域全国重点实验室，供大家参考。

重组后的化学化工医药相关全国重点实验室

一、实验室简介

“介科学与工程全国重点实验室”的前身和发展要追溯到半个世纪之前。1986年在联合国项目的资助下，化工冶金所流态化实验室升级为中科院多相反应开放实验室，首届主任为郭慕孙院士。2001年更名为中科院多相反应重点实验室。经科技部批准，2006年开始筹建并于2009年正式升级为多相复杂系统国家重点实验室，首届主任为李静海院士。2022年经中科院批准重组为介科学与工程重点实验室，2023年获批建设全国重点实验室。实验室现任学委会主任刘中民院士，学委会副主任韩布兴院士和谢在库院士，主任杨宁研究员，副主任杨亚锋研究员、刘艳荣研究员和姚明水研究员。

图1. 实验室发展历程

实验室聚焦国家“双碳”目标，发展介科学理论与方法，突破能源、资源等领域的低碳智能重大变革性技术，支撑过程工业低碳再造，引领过程工程学科创新发展。结合依托单位的研究基础、特色与优势。

实验室科研布局包括：介科学理论与方法、低碳过程关键技术群和过程耦合与系统集成，这三方面向既聚焦各自的研究方向，又相互协作实现从理论、技术到创新的贯通式发展。重点部署的研究方向及其理论方法和技术路线分述如下：

1.发展介科学理论与方法，支撑低碳重大应用：在介科学理论研究的成果基础上，探索机理性可解释人工智能、变分多尺度和粗粒化等前沿模拟分析方法及其有机结合，建立突破性的高效高精度计算模型与算法，发布大型系列软件，建立相应的物性、装备和生产运行数据库。基于介科学方法与自主模拟软件体系建立虚拟过程工程技术平台，铸就低碳过程和过程工业再造的智能内核，推动其研发和生产模式变革。

2.建立低碳关键技术群：过程工业流程长且产品门类极为复杂，CO2排放总量高且去除难度大。比如：过程工业的原油、煤炭、矿物年消耗量分别为6亿、3亿和20亿吨，CO2年排放分别为13.6亿、5.4亿和24亿吨，急需发展变革性低碳技术。为此，结合实验室的研发基础和相关的介科学研究进展，将重点突破碳基能源制化学品变革性技术、铁矿提质与低碳冶炼变革性技术、近零碳电炉高效冶炼技术、基于CO2原位捕集的水泥生产新工艺，从工艺源头实现低碳过程的流程再造。

3.发展过程耦合与系统集成方法，实现碳排放-质量-成本-效率综合最优：发展全过程绿色度、碳排放和碳足迹的定量评价方法。针对典型工业过程的耦合及生态工业园区，如新能源发电(热)-电解水制氢-炼油-化工-CCUS-废弃物循环等，考虑能效、资源利用率、绿色度、经济性、碳排放等多个目标，发展基于智能算法的多目标优化方法，获得最优解，指导低碳技术的开发和实际工业应用。

实验室有3个研究平台：中关村实验平台、怀柔超算平台和廊坊中试平台。其中：中关村实验平台为集中于低碳关键技术群的核心研发实验中心；怀柔超算平台为面向介科学前沿理论的模拟计算和仿真中心，也是科教融合中心；廊坊中试平台为原创工艺和流程再造的工程试验中心。3个中心的“三位一体”研究体系，提升了对重点方向、重大任务的支撑保障能力。

图3. 实验室的研究平台

二、现任领导

三、学术委员会

四、优秀人才

五、课题组

六、什么是介科学？

“介科学”是中国科学家率先提出的新领域，它是描述介尺度时空非均匀结构的形成和演化规律及其背后的驱动机制，即多种机制“竞争中的协调” 的科学理论及方法；旨在突破传统统计平均方法和还原论方法的局限性，破解工程科学的复杂性，开创过程工程新纪元。

图1. 介科学是探索介尺度上复杂现象、演化过程和控制机制共同原理的科学 （来源：李静海院士在2023年第7届全国化学工程与生物化工年会中《科学的时代特征：科研范式变革与应对全球挑战》，文章参考：Chao Dong, Jinghai Li, Daya Reddy, Science for This Age: Paradigm Shifts and Global Challenges,Engineering, 2022, 19, 22-23. DOI:10.1016/j.eng.2022.05.002 ）

图2. 介科学多种机制“竞争中的协调”示意图（来源：Jinghai Li, Wenlai Huang, Wei Ge. Multilevel and multiscale PSE: Challenges and opportunities at mesoscales. Computer Aided Chemical Engineering. 2018, 44, 11-19. DOI: 10.1016/B978-0-444-64241-7.50002-1 ）

为进一步阐述介科学的内涵和前景，中国科学院过程工程研究所联合英国牛津大学，对介科学产生的背景、面临的挑战和机遇进行了深刻而简要的介绍。介尺度是指介于微观（元素）尺度和宏观（系统）尺度之间的尺度范围，在这个尺度范围内，存在一种特征结构，即介观结构，具有空间和时间的动态异质性，这对系统的性能至关重要。需要介尺度的参数来将元素尺度的机制与系统的行为联系起来。介科学的目标是发展一种尽可能普遍的原理，为不同层次的学科建立这样的桥梁， 如图3所示。详细见《国家科学评论》（National Science Review）中“Mesoscience: Exploring the common principle at mesoscales”

图3. 介科学理论中涵盖的介尺度（来源：Wenlai Huang, Jinghai Li, and Peter P. Edwards, Mesoscience: exploring the common principle at mesoscales. National Science Review. 2018, 5: 321-326. DOI:10.1093/nsr/nwx083 ）

来源：介科学与工程全国重点实验室