中國科協發布2025十大科學問題、工程技術難題和產業技術問題（涉及煤炭）！

2025年07月07日 15:02 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

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第二十七屆中國科協年會主論壇7月6日在北京舉行。主論壇上，發布了2025重大科學問題、工程技術難題和產業技術問題，“煤炭與共伴生能源資源一體化開發技術”列入十大工程技術難題。

中國科協自2018年開始，持續組織開展重大科技問題難題征集發布活動。2025年活動，從前沿性、引領性、創新性、戰略性四個方面嚴格把關，經過嚴謹規范的審讀、評議、投票等程序，最終選出10個前沿科學問題、10個工程技術難題和10個產業技術問題，為持續性產出原創性、顛覆性科技成果樹立“風向標”。

一起來看2025重大科學問題、工程技術難題和產業技術問題有哪些→

流形的拓撲和幾何分類

流形的分類問題是數學研究領域的一個核心問題，長期以來也是基礎數學研究的驅動力。流形是我們一般空間的數學表述，如球面，環面等。它在局部上類似于歐幾里得空間，在數學、物理、工程學等領域都有廣泛應用。研究流形的拓撲和幾何分類問題意味對不同類型的空間進行全面、系統的了解，理解其內在結構和性質。這類問題的任何重要進展不僅可以為物理學中的廣義相對論、量子力學等理論，以及其他科學分支提供新的數學基礎，深化我們對空間、物質結構等的深入理解，也可為數學中的拓撲學、幾何學，以及其他重要問題提供新的視角和工具。

希格斯粒子性質和質量起源

CEPC（環形正負電子對撞機）項目瞄準標準模型的核心，對質量起源以及超出標準模型的新物理信號進行高精度、多方位的探索。CEPC建成后，將無可爭議地成為國際高能粒子物理實驗的最前沿陣地，很有可能取得國際矚目的重大突破。CEPC及其升級項目將在半個世紀的時間尺度上，使我國在高能物理實驗領域處于世界領跑者地位。

CEPC對技術發展將起到不可估量的引領和推動作用。CEPC將在低溫、超導、高頻、微波功率源、電子學與自動控制等一批關鍵技術領域大幅提升自主創新能力，對工藝新技術的發展、大規模工業制造將起到巨大的推動作用。

CEPC也將給我們帶來一個國際化的科研中心，會對我國的科技體制改革、創新能力的提高以及人才培養等產生重大影響，會提高我們作為一個大國的硬實力、軟實力和國際地位。

準金屬替代過渡金屬用于精準合成與催化反應的可行性研究

準金屬替代過渡金屬實現精準化學合成，將重塑科學認知邊界，打破傳統過渡金屬催化的思維定式，開辟化學合成新理論與方法體系。社會層面，它驅動綠色化學發展，降低環境污染與資源依賴。科技上，帶動多學科交叉創新；經濟上，大幅削減生產成本，催生新興產業，創造巨大經濟價值。這一突破將推動藥物研發、材料革新，改善醫療與生活質量，助力可持續發展，對推動科學進步與社會發展具有里程碑意義，引領化學合成邁向更高效、綠色、智能的新時代。

臺風路徑異常強度突變

臺風生成及生成之后的強度、結構和路徑之間的相互作用機制是臺風研究的熱點，也是全球臺風研究和預報長期存在的難點和挑戰。本問題突破后，科學上將深化對臺風生成、臺風強度、結構變化和異常路徑的多尺度物理機制的理解，建立臺風預報的理論及方法；技術上將提高臺風異常路徑的預報能力，改進臺風強度變化的預測準確度，強化臺風精細結構的預報水平，提升氣候變化背景下臺風活動的預測能力。這些突破將提高全球沿海和內陸地區應對臺風災害的能力，支撐我國防災減災的重大需求和應對氣候變化的戰略部署，對提升海洋極端災害的預警能力，保障我國遠洋航運貿易及海洋國防安全具有重要意義。

宏觀生態系統空間格局形成機理與系統間相互作用機制

宏觀生態系統空間格局形成機理與系統間相互作用機制的理論研究，有助于準確理解生態空間結構的區域性、完整性、連續性和層級性特征；科學建立生態空間退化格局識別、生態狀況動態與風險預警、生態多功能性權衡協調、多目標協同的時空耦合范式；有效解決區域生態多目標統籌、可持續性、多尺度級聯、生態功能與空間布局優化的技術難題，是建立全域生態空間結構調整和空間布局優化系統解決方案，保護重要生態空間及促進區域可持續發展的重要基礎。

基于密碼學視角的人工智能安全新理論和防護體系

人工智能領域面臨統籌發展和安全的難題。2025年4月25日，習近平總書記在中共中央政治局第二十次集體學習時指出“確保人工智能安全、可靠、可控”。基于密碼學的人工智能安全新理論不僅解決人工智能安全的數學可解釋性，實現人工智能安全體系化測評與評估，而且推動人工智能安全從經驗性防御向數學可驗證安全范式躍遷，實現人工智能高安全水平下的高質量發展。

多維度、可重構超分子機器組裝

該問題的突破將在科學層面構建可逆、可重構的組裝體系，從“分子合成導向”轉向“功能組裝導向”，形成超分子機器專用表征體系；在技術革新層面，微/納機器人的集群行為控制為分子機器提供設計范式，使得超分子機器有望成為繼芯片、人工智能后的下一代技術制高點，推動社會向智能化、可持續化方向深度轉型。

暗能量與哈勃常數危機

哈勃常數危機的解決與暗能量動力學本質的揭示，必將引發對宇宙起源、演化以及基礎物理定律的全新認知與深入反思，有望在物理學與天文學交叉領域催生突破性理論變革，重塑科學范式。推動該問題的研究突破將帶動我國大規模巡天望遠鏡技術、精密測量儀器與高性能計算平臺的自主創新發展，極大提升基礎科學研究能力，并顯著促進相關技術在遙感測繪、精密光學制造、數據科學等關鍵產業領域的廣泛應用，產生可觀的經濟社會效益。

作物野生近緣種在提升栽培種抗逆特性的育種潛力

野生近緣種在改良栽培種抗逆性方面的成功利用，將顯著推動對作物進化、基因功能與復雜性狀調控機制的科學認知，深化對自然選擇與馴化過程的理解。在實踐層面，這將提升作物在逆境條件下的穩定性與產量，為應對氣候變化、保障糧食安全提供核心科技支撐。經濟上，可減少農藥、灌溉等投入，降低生產成本，提高農業效益。社會上，有助于推動綠色農業發展、改善生態環境、促進可持續農業轉型，提升國家在全球農業科技領域的話語權，具有深遠的科技、經濟和社會影響。

人體微生態與宿主的交互調控機制

人體微生態與宿主的交互調控研究正在重塑生命科學的基礎認知框架。這一領域揭示了生物體與共生微生物之間復雜的協同進化關系，為理解生命系統的組織原則提供了全新視角。研究發現，宿主與微生物群落通過多層次的分子對話形成動態平衡網絡，這種跨物種互作機制展現了生命調控的復雜性和精巧性。在基礎理論層面，該研究不僅拓展了傳統生理學的認知邊界，更推動了系統生物學、進化生物學等基礎學科的發展。社會效益上，基于微生物組的個體化營養干預和精準治療策略可顯著降低慢性病醫療負擔，提升公共衛生防控水平，為應對全球性健康挑戰提供創新解決方案。

復雜模型的設計-仿真-制造一體化算法與理論

中國基礎工業軟件的技術突破和國際領先依賴于數學理論的原始創新和引領，亟需系統性、前瞻性的全面研究布局。我國的CAD-CAE-CAM軟件的發展正面臨一個絕佳的追趕國外工業軟件的機遇，這源于國際主流工業軟件在傳統幾何表示和仿真中面臨的若干痛點問題。國際上CAD軟件幾何內核成型于上世紀七、八十年代，整個CAD系統也發展得十分復雜龐大，無法對底層數據結構與內核進行替換，因此也無法解決這些痛點問題。在整個國際的設計研發類軟件面臨更新換代的歷史節點上，通過解決這些痛點問題，研發下一代CAD/CAE一體化幾何內核，結合中國智能制造高速發展的現狀，實現對國外軟件的“彎道超車”完全有可能。

深海規模化采礦裝備與環境擾動抑制

我國在國際海底區域已擁有多金屬結核勘探合同區，但商業開采面臨《國際海底規章》嚴苛環保要求。美、日等國已試驗沉積物抑制技術（如日本“機械臂+負壓抽吸”方案），而我國采集裝備仍處于原型機階段。突破可靠性與環境擾動抑制技術，可保障我國在深海采礦工程領域的國際話語權，支撐“十五五”深海資源開發重大專項實施。

區域地表水-地下水-再生水-外調水-海水協同利用與治理技術

區域多水源協同利用與治理技術是破解水資源短缺與水環境風險并存的關鍵工程技術。當前，地表水、地下水、再生水、外調水、海水等多水源系統存在“各自為政”的管理弊端，導致資源浪費、生態失衡與安全隱患。研發該技術可突破多水源耦合機理與協同調控瓶頸，實現水資源利用、水環境治理、水生態修復與水安全保障的“四水統籌”，支撐京津冀、粵港澳等水資源矛盾突出區域的可持續發展。其成功將提升水資源利用效率，降低污染治理成本，增強區域水系統韌性，為生態恢復與經濟發展協同提供技術路徑，是實現“美麗中國”和“雙碳”目標的核心支撐，兼具生態效益、經濟效益與戰略意義。

面向通信與智能融合的智簡網絡技術體系

智簡網絡確立了“智慧內生、原生簡約”的演進方向，不僅是6G突破容量、能效、場景適配瓶頸的“技術引擎”，更將推動通信系統從“被動傳輸管道”進化為“主動智能載體”，為千行百業數字化轉型提供泛在賦能。為支撐我國構建智能通信基礎設施體系、賦能經濟產業轉型升級，亟需實現關鍵核心技術和產業共性技術突破，掌控通信關鍵技術及產業發展話語權，提升我國在信息通信領域的綜合競爭力。

生物制造復雜器官

該問題的攻關在技術革新層面，為類器官構建開辟新路徑，可精準解析生理功能或疾病發生發展的分子機制，并為生物藥物的高通量篩選提供標準化模型；同時為器官再生與功能修復提供革新性技術框架，通過體外仿生重構突破原位器官移植的供體稀缺瓶頸，為終末期器官衰竭患者創造替代性治療方案，生物制造復雜器官有望徹底改變再生醫學、疾病研究與藥物開發的格局。

煤炭與共伴生能源資源一體化開發技術

煤炭與共伴生能源資源是經濟社會發展的重要支撐，鋁土礦、鈾礦、鍺等典型煤系共伴生礦產儲量占全國總儲量比例高于50%，部分礦產價值更是高于煤本身。煤炭與共伴生能源資源一體化開發是新時期提高能源資源開發利用效率、加快發展方式綠色轉型、保障國家能源資源安全的必然要求。構建煤炭與共伴生能源資源一體化開發技術體系，形成一體化綠色開發典型示范工程，實現各類能源資源綜合高效、綠色低碳、集約開發，經濟和社會效益巨大。

新一代低能耗低成本碳捕集與封存技術

碳捕集與封存技術是化石燃料低碳利用的技術支撐。通過新一代碳捕集技術的開發，未來有望突破新型碳捕集材料、高效碳捕集設備、工藝與系統的集成控制策略等關鍵技術難題，實現捕集能耗和捕集成本的進一步降低，從而推動技術成果產業化，促進煤電行業低碳轉型發展，豐富我國碳中和技術體系。該技術有望推廣至發電行業及其他工業煙氣碳捕集領域，減少電廠和工業CO排放量，為實現化石能源低碳排放提供可行的技術途徑和先進的技術裝備。低成本長期安全碳封存技術是減少溫室氣體排放、緩解氣候變化的關鍵手段。通過技術創新和規模化應用，可以降低碳減排單位的封存與監測成本，提高經濟可行性。此外，長期安全封存技術的應用能夠減少CO泄漏風險，保護生態環境和公眾健康。掌握該技術的國家將在全球氣候治理和綠色技術競爭中占據優勢地位，為全球可持續發展提供重要支撐。

先進航空機載系統能量綜合與智能管理

隨著我國大飛機的規模化運營、先進戰機不斷取得跨代突破、高超聲速飛機領先發展，國家正加快開展多類型先進飛機平臺的研制工作，布局了相應的重大工程規劃。機載能源與熱管理直接決定了飛機任務能力上限，已成為飛機平臺性能提升的關鍵瓶頸，技術突破的重要性與緊迫性日益凸顯。大力發展機載系統能量綜合與智能管理技術，對于提升飛行器總體性能、強化關鍵技術與元部件自主可控、補足現有短板、推動航空航天各學科交叉發展具有重要意義。

大宗食品原料及高值配料的生物制造技術

傳統食品原料與功能配料的生產方式在環境友好、資源節約、健康效應、供給保障等方面已難滿足人民需求，可持續性面臨挑戰，必須采用變革性方式，拓展食品原料與功能配料的獲取途徑。生物制造作為未來制造業關鍵力量，具備資源節約、低碳環保、生產效率高等優勢，能突破傳統生產方法的限制，具備解決傳統食品制造問題的工業基礎與技術特質，對加快發展新質生產力、保障國家糧食安全、落實“大食物觀”意義重大。

建立基于臨床和多組學大數據的新藥研發體系

構建基于臨床多組學隊列的數據驅動新藥研發體系，突破傳統藥物研發技術瓶頸，將新藥靶點從發現到藥物上市的時間從傳統模式的近20年縮短到3-7年。形成自主知識產權的技術體系，推動我國精準醫學和新藥研發科技水平達到國際領先，減少進口依賴，滿足巨大臨床需求，形成數百億元的腦血管病新藥市場，助力生物醫藥產業高質量發展，為健康中國戰略提供有力支撐。研究成果也將顯著降低患者復發率和致殘率，每年減輕近十億元國家和社會醫療負擔，為健康中國戰略提供有力支撐。

突破大型及超大型海水淡化工程高端裝備進口瓶頸

國內海水淡化單機裝置規模突破萬噸級，掌握了10萬噸/日反滲透海水淡化工程集成技術，并已研制出具有自主知識產權的海水淡化膜材料及組器和高壓泵、能量回收裝置等海水淡化工程關鍵配套設備，噸水平均電耗及直接運行成本均已達到國際先進同等水平，但萬噸級、十萬噸級以上的海水淡化工程對于國外設備技術的依賴仍較強。整體而言，當前我國海水淡化工程技術水平已與世界先進水平同步，但在關鍵材料、部件和裝備等設計開發和高端產品量化制造方面，仍處于起步階段，急需加快發展。

超超臨界汽輪機葉片抗氧化性能提升

由于超超臨界汽輪機技術廣泛的工業應用價值和軍事應用價值，國外的公司對苛刻環境下汽輪機零部件的表面防護技術進行了嚴密的技術封鎖。本問題的解決能夠為我國汽輪機在超超臨界的惡劣環境下提供實踐指導，進一步擴大超超臨界汽輪機技術的工程應用范圍，對突破國外技術封鎖、實現我國自主的超超臨界汽輪機技術、提升汽輪機零部件的穩定性和服役壽命以及加快國家綠色經濟發展具有重要的戰略意義。

面向深空資源開發的自主采礦關鍵科學與技術問題研究

面向深空資源開發的自主采礦技術作為支撐未來星際資源利用與深空基地建設的核心技術，其突破將帶動多領域深層次變革。在科學層面，該研究將推動地外智能采礦機制、多源感知融合與微重力下資源分離等關鍵科學問題的深入探索，拓展人類對小天體物質組成與演化規律的認知。在技術層面，將催生新型采礦機器人、抗極端環境作業系統、智能自主決策算法等關鍵裝備與系統，廣泛賦能極端環境下的地球工程實踐。在經濟層面，有望顯著降低深空任務資源運輸成本，推動月球水冰、貴金屬、稀土和氦-3等資源的規模化開發，激發太空經濟新業態。在社會層面，將加速人類由地球文明向“多星球文明”躍遷，增強國際深空合作廣度與深度，激勵公眾與青年群體投身航天事業，為未來社會發展注入戰略性科技動能。

面向產業的智能無人系統自主能力評測系統建設

研究聚焦智能無人系統工程化應用的核心痛點，致力于構建覆蓋設計驗證、集成測試、場景部署的全周期自主能力測試評估體系。通過建立標準化評估范式與量化技術指標，解決產業界在智能無人系統研發中面臨的測試技術滯后于智能化演進的雙重瓶頸：既突破傳統測試方法對復雜決策邏輯、集群涌現行為的評估能力局限，又構建適配人工智能算法特性的工業級測試技術框架。目標形成可支撐產品化迭代的工程化評估工具鏈，為無人系統智能化發展提供從技術研發到產業落地的全流程量化支撐。

芯片間高速光互連（光-I/O）技術產業落地

光I/O技術是對于現有計算體系和芯片間通訊協議的重構，是該領域的變革性技術。我國尚沒有在該技術方向上以整體系統實現為目標進行科研項目立項。提出并研究以實際應用為導向的光I/O技術不僅符合光電產業自身的發展規律，也能夠為我國在高端芯片產業上形成技術突破提供有力的技術支撐。

衰老狀態下再生生物材料開發

該問題的突破將在產業技術層面，聚焦于突破細胞代謝障礙與微環境適配性，當前進展以代謝干預和干細胞技術為主，未來需通過跨學科創新與精準設計實現臨床轉化，助力應對老齡化社會的健康挑戰。抗衰老材料有望催生千億級市場，涵蓋再生醫學器械（如人工骨膜）、醫美填充劑及功能食品等領域。

實現能源電力“安全-低碳-經濟”綜合平衡的路徑

一是有利于加快構建新型電力系統、推動能源綠色低碳轉型。依托大電網、構建大市場，通過加快建立適應新型電力系統運行特點的市場機制，統籌利用電網供需兩側調節資源、深度挖掘消納空間，能為實現清潔能源高效利用提供制度保障。

二是有利于支撐構建新發展格局，實現大范圍生產要素暢通流動。通過充分發揮電力市場機制，構建全國統一電力市場，有助于破除地方保護和市場分割，充分釋放超大規模市場潛力，實現電力資源在全國更大范圍內共享互濟和優化配置，為構建新發展格局提供重要的能源支撐。

三是有利于保障能源和電網安全。通過競爭機制促進清潔能源的開發利用和傳統能源的節能減排，增強了能源供應的多樣性和靈活性；通過建立完善的市場機制和價格手段，充分反映新型電力系統下各類資源的多元價值，有效引導電源、電網的合理規劃，為電力系統提供長期的充裕性支撐，通過價格信號充分調動各類可調節資源，提升電網調節能力，有效平衡供需矛盾，為能源和電網安全提供了多維度、深層次的保障。

衛星遙感數據的智能化處理與產業化應用

航天遙感大模型等衛星遙感數據智能處理技術的發展，讓數字地球與現實世界的交融變得更為靈動智慧，其通用化感知信息提取、表達、融合、交互與生成能力如何顛覆傳統衛星遙感產品生產與應用服務模式，從而促進海量衛星遙感數據高效高質量規模化應用，是當前衛星遙感數據產業化應用面臨的技術難題。其規模化應用對于航天遙感新質生產力打造、天地一體化信息全時全域全息服務能力構建以及航天產業智能化升級具有重要意義。

航天遙感大模型等衛星遙感數據智能處理技術的突破，將極大程度地縮短遙感信息獲取周期，顯著提升自然資源監測、生態環境保護、應急救災響應、地理信息更新、精細農業管理、智慧城市建設等行業衛星遙感數據業務化應用能力和智能化服務水平。同時，也有望大幅縮短大眾用戶獲取遙感信息的鏈條，促進遙感技術應用的變革，催生新遙感應用場景的生成。

基于合成生物學與AI驅動的智能響應病蟲害生物疫苗

基于合成生物學、AI算法和納米技術，構建“精準設計-高效遞送-智能響應”的新一代植物病蟲害生物疫苗技術體系，將推動植物免疫學與微生物組學的深度融合，揭示植物-微生物互作的新機制，顛覆傳統“病原-宿主”對抗模式，實現疫苗的環境響應式釋放，使田間穩定性提升3倍，推動基礎科學從“病原防控”向“植物健康管理”范式轉型。該技術的突破，將進一步推動全球糧食安全水平顯著提升，植物生物疫苗可降低作物損失率20%-40%，相當于每年減少1400萬噸糧食損失。通過采用植物疫苗大幅度提升種植戶農民成本與收益比，預計通過增產降本增效增加收入1000元/畝；生態方面，農藥減量使用可減少60%土壤污染，保護傳粉昆蟲等非靶標生物。公共健康層面，農產品農藥殘留降低80%，直接減少人類暴露風險，每年可避免約200萬例農藥中毒事件。

腦功能評估與腦機智能閉環干預

突破卒中腦功能評估與BCI閉環干預的核心技術，對腦科學領域意義重大。首先，在腦科學認知方面，該工作將深入揭示卒中后腦網絡重塑和可塑性機制，豐富對腦功能重構與學習的理論認識。其次，在卒中領域，若能實現對患者腦功能狀態的精準量化及基于此的個性化閉環干預，將顯著提升康復效率和效果，減少殘疾率并改善患者生活質量。再次，從產業和技術層面看，該研究將推動腦機接口、智能康復機器人、可穿戴監測等產業發展，催生新技術和產品，帶來可觀的經濟效益。該項目一旦成功，將產生重要的科技和社會效益，為腦機接口技術產業化與智能康復提供有力支撐。

來源丨中國科協之聲

煤炭科學研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業最大最權威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

投稿網址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯系人：李編輯 010-87986441

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