基于“双碳”目标背景下冶金工程学科的发展机遇与挑战.pdf

21云南科技管理2 0 2 3 年第 3 期改革与探索基于“双碳”目标背景下冶金工程学科的发展机遇与挑战李健飞，柳召刚，吴锦绣，胡艳宏，冯福山（内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0）摘 要：随着大数据、互联网、人工智能等信息技术的深入发展，传统冶金工程学科的人才培养模式、教学目标、科技研发与知识框架结构等内容已难以适应新形势下的产业技术变革与企业转型升级需求，而“双碳”目标的提出更是倒逼冶金工程学科主动适应新形势的学科发展脉络，在此背景下冶金工程学科的发展既充满着机遇也伴随着挑战。关键词：双碳；冶金工程；学科发展；机遇与挑战中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1004-1168（2023）03-021-04收稿日期：2023-04-10基金项目：教育部第二批新工科专业改革类项目“新工科背景下冶金工程专业信息化智能化改造实施路径的探索与实践”（E-CL20201911）。作者简介：李健飞（1989-），男，内蒙古包头人，博士，讲师，研究方向为稀土湿法冶金。0 引言近些年，随着中国经济与科技水平的高质量快速发展，钢铁、有色、建材、化工等能源密集型行业产品需求量大幅度攀升。据国家统计局公布数据2020 年中国的原煤、粗钢、水泥以及十种有色金属产量较 2004 年分别约提高了 2.0 倍、3.9 倍、2.5倍和 4.3 倍，国内生产总值（GDP）翻了 6.4 倍左右，经济增长与能源产品消费总量总体呈现攀升态势，但值得注意的是 2015 年之后二者同比增速幅度却明显放缓，这主要是由于经济快速增长的同时所带来的局部气候反常、雨水酸化、冰雪消融等诸多生态环境问题日益凸显，究其根源是我国的经济增长模式相对于发达国家仍然是以消耗大量煤炭、石油、天然气等一次能源为基础，导致 CO2、CH4、PFCs 等温室气体排放量逐年递增累积。经济与能源、环境之间的可协调发展已成为现阶段不可规避的问题，为此我国对不看质量与生态的经济发展按下了“暂停键”，并将应对气候变化的目标任务纳入“十四五”规划纲要1，为中国提出二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，争取在 2060 年前实现碳中和的重大“双碳”战略目标2，削减碳排放、降低碳强度已成为今后各行各业可持续发展的一个重要前提和指标。1 冶金低碳转型势在必行碳排放量主要来自能源消费过程中所产生的以 CO2为主的温室气体3，而作为全球最大的发展中国家，中国的能源消费能力已位居世界首位4。从我国的行业能源消费结构来看（图 1），工业能源消耗量占比达 65.92%，其中制造业占 54.81%，采矿业占 4%，电力、热力、燃气及水生产和供应链占 7.11%。从全国 CO2工业排放总量占比来看（图 2），制造业的二氧化碳排放量高达 35.68%，仅次于电力、热力、燃气及水生产和供应链行业（46.91%），其耗能高、碳排放量巨大、环境污染严重的特点已使其成为现阶段碳排放重点监管行22改革与探索云南科技管理2 0 2 3 年第 3 期业。因此，如何进一步提升制造业的能源利用率，缩减能源消耗量对于实现我国节能减排，实现“双碳”目标具有决定性意义。图 12018 年行业能源消费结构实现制造业的“双碳”目标不仅需要研究高效的污染治理技术，更离不开相关学科的技术支持与人才的持续输出。由图 2 可知，制造业的 CO2排放量主要集中在黑色金属的冶炼、压制（18.38%）和非金属矿产行业（11.37%），二者的占比高达83.38%，其代表性行业为钢铁工业和有色金属工业。冶金工程专业作为钢铁、有色、非金属矿等行业改革的主要学科力量，既关系到国家命脉行业的有序发展，也承载着社会的责任与义务。在“碳达峰”和“碳中和”目标指引下，立足节能降耗，开展传统冶金低碳转型及深度减碳工作已势在必行，而这对于冶金工程学科的发展来说既充满机遇也伴随着挑战。图 22018 年 CO2工业排放总量结构2 冶金工程专业学科的发展机遇2.1“双碳”战略举措的“排头兵”“巴黎协定”的签署标志着积极推进经济低碳发展、深度缩减碳排放已成为全球共识，极大地推动了各国以自主贡献的方式参与减碳行动的积极性。作为全球最大的碳排放国家5，中国碳排放的制定标准与行动也备受关注。我国基于现阶段的基本国情提出了 2030 碳达峰、2060 碳中和的“双碳”战略举措，不仅符合我国一直倡导的“共同但有区别责任”的原则，更充分彰显出一个负责任大国的担当。在双碳目标的号召下，绿色低碳的发展理念已成为国内各行业的行动指南，而钢铁行业、有色行业、非金属矿产等碳排放“大户”自然成为减排工作的前沿阵地，冶金工程学科作为与之紧密相连的人才输送纽带，在减排工作中扮演“排头兵”的重要角色，其发展必然肩负着为国育人、为行业育才的重任。培养符合未来国家与行业需求的高素质人才就必须遵循和紧贴国家战略目标与教育宗旨，“双碳”战略举措的提出不仅为我国未来一段时期内的工业发展注入了新思想、新活力，也为进一步推动冶金工程学科改革提供了极为有利的政治导向和战略支撑。2.2凝聚社会责任的“担当”冶金工程作为国民经济发展的支柱性产业，是衡量国力与工业化水平强弱的重要尺度，是贯穿于我国社会发展各个阶段的有力支撑。建国初期，新中国各行各业都处于百废待兴的局面，党中央经慎重考虑提出了第一个五年计划（1953-1957），其首要任务是集中主要力量发展重工业和加快推进各经济领域的社会主义改造，钢铁行业作为实现重工业、大工业的基石，承担着恢复国家经济独立、巩固国防安全、维系民生稳定的重担。为了能尽快恢复我国的钢铁生产，原冶金工业部下设的十几所院校依托资源优势，为我国培养了大批的冶金专业技术人才，从王麻子剪刀、凤凰牌自行车、飞人牌缝纫机等“小工业”再到鞍钢、武钢、包钢等钢铁企业的顺利投产都镌刻着冶金人的身影和汗水，“齐心协力建包钢”不仅是我国冶金工业蓬勃发展的一个缩23云南科技管理2 0 2 3 年第 3 期改革与探索影，更是缔结无数老一辈冶金人投身于社会主义建设的使命担当与伟大情怀。现如今，我国经济建设取得了举世瞩目的成就，人民生活水平有了较大提升，加强生态文明建设已经成为人民共同的愿望。因此，从某种意义上讲“双碳”目标既是勾勒老一辈冶金人艰苦卓绝的精神追求与矢志不移的理想信念画卷，也是党中央对于新一代冶金工作者的殷殷嘱托。冶金工程学科作为钢铁、有色、非金属矿等行业发展的关键学科，肩负着传承老一辈冶金人实践经验和知识的延续，凝聚着全社会对于减碳工作的期望，切实承担和履行好社会期许的责任，不负老一辈冶金人的嘱托，不负新时代的光荣使命，就是冶金工程学科发展的不竭动力。2.3双一流学科建设的“助力”“双一流”是党中央在新时期对于我国高校发展与学科建设实施的一项重大战略决策，旨在从政策和技术层面着力解决高校自身发展与学科建设过程中遇到的学科壁垒难以跨越、学术资源碎片化、资源发展不均等实际问题，不断推动我国高等教育迈进更高水平，这为冶金工程学科的发展提供了重要战略契机。“双一流”建设是自上而下的顶层设计，能够从教学资源、师资队伍、发展方向等多个角度助力冶金工程学科发展。冶金工程学科作为与“双碳”目标紧密联系的关键学科之一，其发展既是紧盯新形势下行业碳排放过程中的技术需要，也是推动实现“双碳”重大发展战略的关键举措。随着“双一流”建设的稳步推进，以“双一流”建设为载体的冶金工程学科配套支持政策体系的逐步完善，为冶金工程学科向世界一流学科迈进提供了长效动力。2.4经济高质量发展的“推动”“建立健全绿色低碳循环发展的经济体系”既是彰显中国特色的时代课题，也是经济高质量发展的前进方向。2030 年“碳达峰”与 2060 年“碳中和”目标的设立为我国经济高质量发展提供了阶段性发展目标与着力点，大力推动“双碳”目标的有效完成是实现经济高质量发展鲜明特征，而经济高质量发展离不开“排碳”行业的支持，更离不开相关人才的输出。冶金工程学科作为发展低碳经济体系与产业转型升级的重要知识载体，承接“小学科”与“大产业”之间的传输渠道，承担着“双碳”目标的社会责任，是提升产业结构升级与经济高质量发展速度的不竭动力，而经济高质量发展本身也是冶金工程学科内涵式发展的重要体现，对于提升冶金工程学科教学质量与人才专业素养、拓宽学科发展前景、加速产业内部的技术变迁、积累人力资本存量及推动全行业的知识溢出与技术迭代都是重要推动力，二者相辅相成。3 冶金工程学科面临的挑战3.1新形势下学科发展的滞后性冶金工程学科作为伴随新中国成长的重要学科之一，一直以服务国家战略布局、满足行业重大需求为学科发展方向，经过几十年的人才培养、资源扩充、教师队伍建设等积淀，学科已经成为钢铁工业、有色冶金、机械制造、航工航天等领域人才培养与输送的重要支撑。但随着碳达峰、碳中和、经济高质量发展、生态文明建设、中国制造 2025 等一系列重大战略的提出并实施，中国正在进行一场广泛而深刻的经济社会变革，“绿水青山就是金山银山”“山水林田园是一个生命共同体”等论断已深入人心，而现阶段冶金工程学科建设模式相比新时代背景下以生态优先、绿色低碳的发展思路和整个教学环节仍存在明显的滞后性，例如：关于“双碳”“高质量”“双一流”等最新科研成果不能及时编撰成教材，现有教材陈旧；教师队伍仍以传统钢铁、有色、物理化学等教育背景为主，培养符合新形势下教育背景的专业教师仍需要一段时间；国内开设冶金工程学科的高校相对较少，且教学资源不均衡、区域政策支持力度不均等等现象在短期内仍会存在，这主要是由学科本身的发展周期所决定，新形势下由于维持冶金工程原有的学科生态系统平衡被打破，冶金工程学科进入以学科交叉融合为主的新发展周期，其发展必然会经历一个漫长的知识体系重构成长期，期间学科发展一定会出现滞后性。为此，新形势下需要对冶金工程学科人才培养模式、24改革与探索云南科技管理2 0 2 3 年第 3 期教育教学评价体系、学科评价机制等进行重新审视，应加速完善冶金工程学科体系来促进新知识的生产与高素质综合型学生、教师的培养，使其能更好、更快的为支撑我国经济社会发展做出贡献。3.2学科交叉融合的技术壁垒如今，以“互联网+”“大数据”和“人工智能”为代表的现代信息技术正在持续广泛渗透于社会各领域，一大批新技术、新产业、新经济不断涌现并与相应学科进行深度融合，已成为经济高质量发展的新引擎。当前中国正处在经济转型升级、产业结构优化的攻关期，迫切需要一大批优秀的复合型人才，以人才谋创新，以创新促发展。然而，人才培养离不开学科的持续跟进，构建多视角、跨学科的人才培养模式已成为提升冶金工程学科竞争力与行业的鲜明特征和重要诉求。然而，伴随着“双碳”重大战略的实施与新一轮科技革命深远影响，传统冶金工程学科培养的技术人才已经难以满足新形势下的产业发展格局，其技能滞后于发展需求已成为无法避免的常态化，这主要有 2 个方面的原因：第一，新科技革命给冶金工业及相关领域带来了显著变化，智能制造、智能冶金、大数据等逐渐成为“新工科”的发力点6，多学科之间的交叉融合已是冶金工程学科发展的必然趋势，而依据现有技术需求，新知识、新学科的快速拓展一定会涉及计算机、人工智能、云数据、芯片等多个领域，但由于前期基础技术积累不足及体制不完善，无法在短时间内实现各学科间的知识融合与贯通，科学技术壁垒依然会存在一段时间；第二，现有冶金工程学科的学科边界较强，致使前期的教学工作主要以单学科框架传授为主，再加上以多学科教学的学科带头人、教学队伍还没有形成较强的战斗力，知识融合与传输仍需一定时间，学科技术壁垒跨越难度依然较大。4 不同层面解决问题的策略冶金工程学科肩负着为国育人、为行业育才的重任，其发展必然离不开政府-企业-学校的支持。一是政府层面。加速推动智能冶金转型发展与技术升级；加快构筑高水平人工智能科技创新基地；加大冶金工程学科的资金和政策支持力度。二是社会层面。强化企业创新主体责任和承担“双碳”的历史使命；以“高质量发展”作为突破口，加强校企之间的合作；大力推广绿色低碳冶金新技术、新工艺领域的成功经验和实例。三是学校层面。紧扣冶金工程专业相关产业的发展现状，以产业布局、学科交叉融合谋划学科发展，加速革新冶金工程学科的人才培养模式；以“双碳”目标为契机，以“高质量”“双一流”为依托，持续推进冶金工程学科建设；加强课程教育能力，构建多元课程体系，强化学科交叉融合，加快引进以信息化、智能化为背景的冶金专业教师。随着“碳达峰、碳中和”战略目标的实施，完善绿色、低碳的循环经济制度，建立健全低碳、高效、安全的工业发展体系，已成为新时期下冶金工程学科发展所面临的机遇与挑战。以“双碳”战略目标为契机，整合资源、凝聚力量，尽快实现新形势下冶金工程学科的快速发展是现阶段的迫切任务。参考文献：1 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要 N 人民日报,2021-03-13(001)2MengxinShao,MinggaoXue Decomposition analysis of carbon emissions:Considering China s energy efficiencyJ Energy Reports,2022.03(08):630-6353 田小玄，武卫荣，梁洁卉，李廷真二氧化碳资源化减排 转化 的 研 究 进 展 J山东化 工，2022，51(08)：95-97+1014PengGao,ShujingYue,HongtaoChen Carbon emission efficiency of China s industry sectors:From the perspective of embodied carbon emissionsJ Journal of Cleaner Production,2020（283）:1-295 陈俊武，陈香生 试论本世纪末全球实现二氧化碳“净零排放”的难度 J 中外能源，2016，21(06):1-76 辛文彬，罗果萍，王艺慈，彭军，张婧，姜银举 适应钢铁工业信息化智能化发展的冶金工程专业改革 J 中国冶金教育，2022，(03):6-8