——中国科学院山西煤化所“科技攻坚突击队”科研攻关记事

　　中国科学院山西煤化所煤炭高效低碳利用全国重点实验室908课题组在去年底开启了一个极具挑战性的项目——“煤转化过程智能研究”。这是一支平均年龄32岁的年轻团队，来自催化化学、计算机科学、工程热物理等多学科科研人员跨界融合，“青年智慧成为攻坚克难的法宝。”今年7月，这支团队被授予“科技攻坚突击队”称号，团队里15名党员冲锋在前，立下“攻克智能煤化工核心技术”的军令状。

为能源转型破题，不再走“试错式”老路，而是用智能技术重构研发范式

　　我国以煤为主的能源结构禀赋，决定了煤的高效低碳利用是国家能源战略安全的重要保障。煤炭转化利用能效低、二氧化碳排放高，当前以试错为主的技术研发模式存在效率偏低，研发周期长的难题。山西煤化所科研人员敏锐察觉到，将人工智能与煤炭转化深度融合，是实现煤炭清洁高效低碳转化的关键所在，这不仅有助于推动煤炭产业的智能升级，还能为保障国家能源安全、助力“双碳”目标达成贡献力量。“煤炭转化不能再走‘试错式’老路，必须用智能技术重构研发范式。我们瞄准目标，开启了一场从实验室到工业现场的智能革命。‘煤转化过程智能研究’项目旨在通过构建煤转化领域的专业数据库体系，建设智能设计系统，集成自动化智能实验平台，打造煤转化过程智能研究设施，变革煤转化过程技术研发，大幅降低研发周期，开辟煤转化利用新路径，实现煤炭转化利用高端化、多元化和低碳化，抢占智能煤化工科技制高点。”团队总负责人、煤炭高效低碳利用全国重点实验室主任温晓东研究员说。
　　为了保障科学目标的实现，根据科研团队提出的知识体系构建方法与相关前沿科学理论，工程建设负责人、年轻的科研人员刘星辰团队要做的是把核心科学思想转化为可用的软件、数据平台与各种硬件平台。两条线互为闭环——科学思想驱动工程实现，工程能力反过来扩展科学探索的尺度与速度。在项目启动之初，团队面临着诸多问题和挑战。在无先例可循的情况下，团队要在一年半时间内将大数据与煤炭转化相结合，完成自动化设施工程建设。团队细化任务与层级分工，明确工程任务时间节点，在极短的时间内深入课题组、研发企业走访调研，形成了初步设计方案。
　　项目自动化仪器硬件部分的负责人王飞回忆道：“在场地规划阶段，我们基于设备功耗、人员动线等数据建模，优化实验室空间分配。例如，拉曼成像系统需避震环境，浆态床反应器需就近布置通风设施，在有限的空间里实现了功能分区的最优解。数据驱动让决策更加严谨。”走在数据中心，服务器阵列正在高速运转，屏幕上滚动着密密麻麻的煤炭特性参数，记录着不同煤种在千变万化反应条件下的“脾气秉性”。这里存储着万量级的合成气催化转化数据，这些数据并非简单堆砌，而是被科研团队将创新模式嵌入数据构架，让机器不仅能“看到数据”，更能“理解”数据背后的化学反应。从煤的工业分析、元素分析，到微观结构表征，每一项数据的获取都包含了科研人员的心血。

催化创新变革，以“科学家+工程师”的紧密合作模式，实现二者在国产化进程中的“深度握手”

　　在数据库搭建完成的基础上，科研人员着手研发智能设计系统，集成自动化智能实验平台。运用人工智能算法，对煤炭转化过程进行模拟与优化，为工艺设计与催化剂研发提供科学依据。在自动化实验平台前，机械臂精准抓取样品，自动送入反应釜，在控制室里，智能系统正在根据传回数据调整相关参数。
　　智能实验平台试运行期间，团队成员发现机械臂与固定床反应器的协同效率不足。通过记录故障频次、分析任务队列，团队重新编写调度算法，使日均操作步骤从5000次提升至上万次，体现了“发现问题—优化设计”的科学闭环。持续的迭代改进，让王飞第一次亲身体验到基础研究与应用落地的深度融合，上了一堂难得的求真与探索实践课。
　　在高端科研仪器领域，进口设备长期占据主导地位。作为“智能科学家”项目的重要组成部分，青年科研人员王浩领导的自动化硬件小组汇聚了自动化控制、精密机械、软件开发和仪器应用等多领域青年才俊，成功攻克多项自动化改造核心技术，首次实现了物理吸附仪、化学吸附仪、电感耦合等离子体光谱仪、原位红外仪等关键表征设备的全流程国产化自动化操作，为我国科研装备自主创新注入强劲动能。
　　传统表征仪器高度依赖人工操作，从耗材更换到软件设置，设计逻辑都围绕“人手展开”，而且还有更深的挑战来自国外设备的技术壁垒。王浩说：“核心设计和决策远在海外，遇到深层问题或定制需求时，沟通效率低、响应慢，严重制约科研效率和设备功能的深度开发。”王浩深知，认知是基石，团队对各类表征仪器的工作原理、操作瓶颈有着近乎“庖丁解牛”般的深刻理解，这源于他们对科研实践和对仪器细节的反复琢磨。机械工程师理解不了的应用痛点，一线的科研人员清晰提出：软件工程师构想的智能逻辑，需要硬件工程师在物理层面实现落地，只有紧密无间的协作，才能确保自动化方案既符合仪器科学原理，又具备工程实现的可行性。这支科研小分队并非闭门造车，而是积极与国内有潜力的仪器厂商展开深度交流与合作。王浩表示，科研的终极目标是服务产业升级。我们把科研一线对自动化的迫切需求和对仪器性能的深刻理解反馈给厂商，共同探讨设计全新的自动化改造方案。这种“科学家+工程师”的紧密合作模式，确保了最终的自动化系统不仅技术先进，更贴合国内用户的实际操作习惯和本土化需求。
　　经此一役，王浩深有感触，科学精神是攻坚的指南针，团队协作是创新的倍增器。面对科研难题，严谨、坚韧、勇于探索的科学精神是披荆斩棘的不二法门。国产化需要“深度握手”，科研需求与工程技术的紧密结合，产学研用的有效联动，是推动国产高端仪器真正落地生根、开花结果的必由之路。目前，项目相关的自动化改造方案正加速与国产仪器本体集成，有望大幅降低科研机构自动化升级门槛，提升我国在材料、化工、环境等关键领域的科研效率和竞争力；“智能科学家”项目将持续探索人工智能与自动化技术在科学研究中的深度融合。

煤海中书写青春担当，“困难前面有我们，我们面前无困难”

　　这支年轻的科研团队，涌动着青春活力与创新激情。有刚入职的年轻人，有深耕领域多年的学科带头人，更有冲锋在前的党员，通过小组内部与小组之间的紧密协作，凝聚成更强的团队战斗力，将个人知识储备的短板转化为跨学科协作创新的优势。
　　目前，团结协作取得里程碑式成果——“煤转化过程智能研究”项目已进入最后的软硬联调阶段，形成了理论—实验—数据一体化智能研发赋能工业催化剂高效开发模式。伸缩自如的机械臂操控化学反应步骤，海量的大数据归纳总结出科学演化的下一个拐点。据介绍，该项目的完成，有望成为新技术和过程研发的策源地，支撑研究范式变革，抢占煤炭转化科技制高点。
　　参与这一专项，王飞取得了自己科研的收获，那就是智能设施的建成，团队积累的经验也将为其他领域的研究转型提供参考。他说，催化剂是煤转化的“心脏”，传统研发往往需要数月甚至数年的反复试验，而本项目通过自动化实验平台与数据库的联动，实现“设计—制备—测试—优化”的闭环。铁基催化剂的二氧化碳选择性减少，正是基于高通量实验与机器学习模型的协同迭代，为开发高效多相催化剂提供了方向。通过项目工程化实施，刘星辰体会到，极有成就感的重大科技项目既是技术挑战，更是团队协作与科学精神的试金石。“作为青年骨干，我们需以工程师思维助力科研突破，以创新思维链接技术与需求，启发如何在工业设计中兼顾学术前沿性与工程可行性的命题。”他说。
　　在这个从“0”到“1”的大型项目的实践中，团队负责人温晓东深刻体会到，强大的组织力在科学突破中的优势，建制化大团队带来的持续能力与风险抵御力。当问题发生时，责任边界清晰、协同机制成熟，能快速对接资源并保持质量；当项目遇到关键技术瓶颈时，短时间内汇聚核心资源、权责下沉并简化决策链，从而在攻关节点实现速度与效果的最大化。
　　夜幕下的山西煤化所，实验室里灯光依旧明亮，这群年轻的科研人员用智能技术为煤炭转化赋能，在能源革命的浪潮中，书写着中国科研工作者的青春答卷。“困难前面有我们，我们面前无困难！”在这支突击队每位成员心中都有着共同的目标，“让中国煤化工技术领跑世界，让黑色的煤炭绽放绿色的光芒。”

本报记者沈佳 本报通讯员李清波