2022年的30个烧脑难题

文 / 本刊记者 段永利

6月27日，在第二十四届中国科协年会闭幕式上，中国科协将遴选出的10个前沿科学问题、10个工程技术难题和10个产业技术问题进行公开发布，推动优化科技发展战略布局，引领科技创新趋势和科研攻关方向。

为充分动员广大科技工作者和战略科学家研判重大前沿科技问题，找准科技创新突破口，中国科协持续开展2022重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题征集发布系列活动。此次活动共收到107家全国学会和学会联合体、8家领军企业、科研机构和企业科协，以及75个境外组织或专家共同推荐的649个问题难题。

在复选阶段，112位院士专家从前沿性、引领性、创新性、战略性等方面严格把关，遴选出60个问题难题进入终选，最终评选出30个重大问题难题。

对科学发展具有导向作用的 10 个前沿问题

1 如何早期诊断无症状期阿尔茨海默病？

全球疾病负担数据显示，预计到2050年，全球痴呆症患者将达到1.5亿人，阿尔茨海默病（AD）占全球痴呆症病例的60%至70%，是21世纪的主要健康挑战之一。这种病一般包含临床前期（无症状期）、轻度认知功能障碍、痴呆期三个阶段，导致此病的神经退行性病变是渐进的，通常在病症出现前的10～15年，患者脑内就开始发生病理变化，此时为治疗最佳时期，但那时患者几乎觉察不到。因此，找到这一时期诊断的标志物并进行干预，是降低我国阿尔茨海默病发生的最根本方法，具有重要的社会和经济效益。

2 如何实现可信可靠可解释人工智能技术路线和方案？

人工智能的发展方向是可信赖性，包含安全、隐私和透明、可解释等问题，其最核心的问题就是人工智能的可解释性，它要求对人工智能系统的技术过程和相关的决策过程给出合理解释，技术可解释性要求人工智能做出的决策可以被理解和追溯。在对人类社会问题造成重大影响时，亟须人工智能系统的决策过程有合理可信可靠的解释，以便提前预判与合法的控制，这是未来人工智能研究的一个十分重要的方向问题。

3 如何实现原子尺度精准制备和结构调控构建未来信息功能器件？

随着未来信息器件向更小尺寸、更低功耗、更高性能的方向发展，在逼近“有限个原子”尺度时，量子效应凸显，经典半导体物理不再适用。极限尺寸材料和器件的可控制备及物性调控都需要在新材料、新技术和新物理等方面展开前沿研究和相关知识储备。研究基于原子尺度精准制备和结构调控的新原理和新材料、发展信息器件构筑及功能调控的新方法和新技术，将在低维材料和原子制造领域促进和加强我国的核心竞争力与国际话语权，可以为国家提供面向未来原子制造时代的人才储备、技术支撑和科学研究基础，抢占新一代制造领域的国际战略高地。

4 新污染物治理面临何种问题和挑战？

随着工业快速发展和各类化学品的大量生产使用，一些新污染物对公众健康和生态环境的危害正逐步显现。5月24日，国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》，对新污染物治理工作进行了全面部署。因此，“十四五”期间对新污染物的治理已成为生态环境保护工作的重点，也是未来生态环境治理的重要内容。治理之所以难，难在新污染物具有风险比较隐蔽、环境持久性、危害比较严重、来源广泛性、治理复杂的特点。

新污染物治理，如何发力？基于环境风险筛查和评估考量，新污染物治理应纳入化学物质环境管理体系，遵循全生命周期环境风险管理基本理念，精准识别各类物质管控重点，充分结合经济社会条件，将风险管理理念贯穿生态环境管理，在“筛、评、控”和“禁、减、治”上下功夫，逐步实现分类、分级、分阶段、分区域的科学化、精准化、务实化治理。

5 如何实现自动、智能、精准的化学合成?

目前， 人工智能在推动合成化学的自动化与智能化等方面开始发挥重要作用。这一技术一旦实现并大规模应用，不仅将改变传统实验科学面貌，将研究人员从大量重复性工作中解放，大幅提高研发新型功能分子和材料的效率，而且将对相关产业产生显著积极影响，但也可能给国家安全带来新挑战（合成化学武器）。

6 如何整合多组学对生物的复杂性状进行研究？

该问题在农业产业上，可以解析重要的农艺性状、经济性状形成的分子机制，从而指导相关的生物育种，助力国家种业发展；另一方面，通过多组学的分析，可以对动植物的生产性能精准评估，指导生产，促进农业产业的发展。

7 能否实现材料表面原子尺度可控去除？

微观磨损不仅是微/纳机电系统应用中的关键问题，而且是纳米制造的共性基础问题。当前微观磨损研究注重材料磨损性能的表征，缺乏对原子级材料去除机理的深刻认识。

8 如何全方位精准评价城市综合交通系统及基础设施韧性？

城市综合交通系统及基础设施韧性是关系到城市整体发展效率和安全水平的科学问题，应提前谋划，建立评价指标体系，实现全生命周期的精准量化评价，将有助于提升综合交通应急保障技术水平，保障社会经济快速稳定发展。

9 宇宙中的黑洞是如何形成和演化的？

黑洞是宇宙中最神秘的天体。随着对恒星级黑洞、超大质量黑洞、中等质量黑洞观测的日益丰富，传统的黑洞形成和演化理论受到了挑战。宇宙中的黑洞究竟是如何形成和演化的？探究这一问题有望孕育重大的科学机遇和突破。

10 制约海水提铀的关键科学问题是什么？

非常规铀资源中海水是重要和具应用前景的资源之一，但海水提铀技术仍面临着众多挑战，迫切需要研发新型高效提铀材料，创新工艺方法，加速推动实现海水提铀，为核能事业可持续发展提供充足核原料。

对工程技术创新具有关键作用的 10 个难题

1 如何突破我国深远海养殖设施的关键技术？

突破深远海养殖设施面临的瓶颈问题，符合我国渔业发展重大需求。发展深远海养殖对于拓展养殖海域，减轻环境压力，加快推进水产养殖业绿色发展，促进产业转型升级具有重要意义。

2 如何实现我国煤矿超大量三废（固、液、气）低成本地质封存及生态环境协同发展？

西北陕甘宁蒙疆地区是我国最重要的煤电化基地，矿山固废、废水、废气（二氧化碳）大量排放，但目前处理方式存在规模小、成本高、地面存放难等问题，亟须寻找新途径（如深部咸水层、采空区等），实现矿山三废的特大量、低成本地质封存与生态环境协同发展，同时可建立系统封存理论与耦合体系，有效降低三废处理成本。

3 如何创建心源性休克的综合救治体系？

心源性休克作为循环系统最严重的临床综合征之一，严重威胁国民健康，而且带来巨大医疗负担。创建心源性休克综合救治体系，有助于优化心源性休克临床诊疗路径，制定心源性休克精准化治疗策略，为我国心源性休克临床指南奠定基础。

4 如何实现全固态锂金属电池的工程化应用？

全固态锂金属电池的工程化应用属于世界性难题，解决此问题意义重大。它不仅能够极大地满足人们对高能量密度、高安全性电化学储能系统的需求，有效地推进我国低碳环保经济发展模式，更可稳固我国在电化学储能领域的领先地位，防范未来产业链风险。

5 如何实现高精密复杂硬曲面随形电路？

复杂硬曲面随形电路技术因为其前沿性和革命性而成为全球关注的焦点，由此催生的曲面电路必会引领电子、电气、通信领域的颠覆式发展机遇，并进一步催生千亿级“蓝海”市场。

6 如何突破高原极复杂地质超长深埋隧道安全建造与性能保持技术难题？

该难题致力于构建强构造活动区隧道工程安全风险防控与结构性能保持的理论与技术体系。比如，川藏铁路隧道密集，该难题的解决，对构建西藏地区完善的铁路、公路网，推进藏区长足发展和长治久安具有重大意义。

7 如何解决高温跨介质的热/力/化学耦合建模与表征难题？

高温跨介质热/力/化学耦合问题是我国未来高速飞行器、深空探测器及先进动力系统等重要型号面临的共性基础性问题，该项研究有望在微观作用机制及跨尺度的耦合行为的基础理论和建模方面取得重大突破。

8 如何从低品位含氦天然气中提取氦气？

氦气是重要战略稀有气体资源，也是严重的“卡脖子”气体。我国氦气藏品位低、提取困难，发展面向贫氦天然气的低成本提氦技术对保障我国氦资源安全具有重要意义，其关键突破点是开发多级微孔高性能天然气提氦离子膜材料。

9 如何利用遥感科技对地球健康开展有效诊断、识别与评估？

地球健康诊断、评估与识别是人类可持续发展和构建人类命运共同体的关键，需要进一步发挥遥感综合、动态、快速、大范围获取数据等优势，开展土地覆盖调查、土地利用精细识别、农田作物品种分类与病虫害监测、林地草地健康诊断；河道水体富营养化监测、湖泊水质污染研究；矿山生态恢复、森林采伐监测、草地退化监测；大城市温室气体排放监测、植被“碳汇”精准评估、中等城市土地利用变化检测、集镇聚落信息提取等各项“体检”项目。

10 如何实现极大口径星载天线在轨展开、组装及建造？

该问题的解决不仅可以极大提升我国空间装备能力，同时可以引领空间科学技术的跨越式发展。其重大突破点包括空间极大型天线机电热综合设计技术、航天器载荷平台一体化技术、超柔性空间结构动力学分析与振动控制技术等。

对产业发展具有引领作用的 10 个问题

1 如何建立细胞和基因疗法的临床转化治疗体系？

恶性肿瘤诊治是医疗领域的重大难题之一，细胞治疗在多个领域表现出良好的前景。但因为细胞药物制备及质控困难，大大降低了其临床应用。细胞药物的制备和质控如何去中心化和自动化、封闭化，将是整个产业发展的关键。

2 如何实现存算一体芯片工程化和产业化？

实现存算一体芯片突破，将极大推动工程化、产业化进程，提升产能规模，有效满足各行业算力需求，助力数智化转型和人工智能芯片自主可控，打造低碳高效绿能算力网络。

3 碳中和背景下如何实现火电行业的低碳发展？

碳中和背景下，电力行业特别是燃煤、燃气机组等火电行业的碳减排任务艰巨，研究火电行业在“碳捕集、利用与封存”技术支撑下的绿色发展，对我国未来的能源稳定、电力系统安全长效发展十分必要。

4 如何通过标准化设计，自动化生产，机器人施工和装配式建造系统性解决建筑工业化和高能耗问题？

突破现有建筑业建造模式和能耗减量瓶颈，将为我国建筑业向工业化、低排放全面转型奠定坚实的技术基础，对我国建筑业发展具有重要的战略意义。

5 如何发展自主可控的工业设计软件？

我国是制造业大国，但在工业产品研发设计方面，严重依赖于国外工业设计软件，缺少自主可控、性能优越的工业设计软件。存在“卡脖子”风险，使我国的工业发展在研发设计环节即受制于人，在向制造强国、工业强国发展过程中面临基础性瓶颈。

6 如何利用多源数据实现农作物病虫害精准预报？

该问题是限制传统农业向现代化、智能化生产方式转型升级的瓶颈，一旦突破将使我国农作物病虫害防控做到有的放矢、变被动为主动，有效提高病虫害防治效率和效果，节省人力物力、减少环境污染，带来生产方式的革新。

7 如何采用非石油原料高效、安全地合成己二腈？

己二腈主要通过丁二烯氰化法合成，使用剧毒的氰化氢，并使用来自石油的丁二烯原料。我国的石油资源并不丰富，采用该技术合成己二腈，会受制于原油行情。以非石油原料合成己二腈，能够突破资源限制，有重要的战略意义。

8 小麦茎基腐病近年为什么会在我国小麦主产区暴发成灾，如何进行科学有效地防控？

小麦为我国重要的粮食作物，在国家粮食安全中占有十分重要的地位。小麦茎基腐病目前已经成为我国小麦主产区生产上的重大问题，对小麦安全生产构成严重威胁。本问题解决后，将为我国小麦丰产稳产和国家粮食安全奠定坚实基础，具有重大的经济、社会效益。

9 如何研制大型可变速抽水蓄能机组？

基于我国能源发展战略及电网发展战略中对灵活调节电源的强烈需求，有必要快速突破“卡脖子”关键技术，推动可变速抽水蓄能机组国产化和示范推广应用，降低可变速抽水蓄能机组造价。可变速抽水蓄能产品的工程应用，可以带动相关产业升级，提高我国水电工程技术整体水平，优化国家能源结构，并实现能源绿色、安全、高质量发展。

10 如何突破满足高端应用领域需求的高品质对位芳纶国产化卡脖子技术？

对位芳纶国产化技术的实现，对于引领材料工业升级换代，填补国内对位芳纶高端产品的空白，满足国防军工需要具有重要意义。