世界前沿技术发展报告2020
内容简介
- 信息、生物、能源、新材料、智能制造、航天、航空、海洋领域的最新发展动态
第一章 2020世界前沿技术发展报告综述
- 科技突破在带来新方案、新业态的同时，其安全风险与伦理挑战日益凸显，深刻冲击现有全球治理体系。
一、世界前沿技术发展趋势与特点
- 首张黑洞照片问世，进一步验证了广义相对论；科学家首次在“超级地球”大气层发现水蒸气；首次观测到三维量子霍尔效应；发现热传递的第四种方式，实现声子真空传热；首次证实水结冰过程中“临界冰核”的存在；首次合成世界第一个含 18 个碳原子的纯碳环；首次论证现代人类确切起源地；首次解析人类胚胎着床过程等。
- 印度软件制造业发达，班加罗尔甚至被誉为“印度硅谷”，生物医药也是印度的优势产业，印度已成为世界最大的仿制药生产国；俄罗斯在国防、飞机制造、核工业等领域继续保持优势。
- 近年来，中国在科技创新领域的实力快速提高，技术自主化水平日益提升，产业链逐步向高端转移，美国明确将中国视为美国在全球最大的竞争对手，遏制中国科技的手段层出不穷，如限制对华高科技产品出口、打击中国高科技企业、阻挠中国企业在美国投资等。
- 当今世界正面临全球经济增长放缓、生态危机、粮食危机、能源短缺、卫生问题、恐怖主义、网络信息安全、全球政治经济不平状况加剧等重大全球性问题
二、重点国家科技战略与政策动态
- 俄罗斯总统普京特别签署法令，要求建立可独立运行、不受外国网络控制的“俄罗斯自主互联网”，并举行了首次国家级“断网”演习。
- （二）世界主要经济体纷纷加大军费投入，突出军事科技布局
- 2019年12月，美国批准建立天军，将天军作为美国的第六军种。
- 人工智能技术、高超声速武器技术等获得政策性扶持
- 2）美、俄等多国相继部署高超声速技术研发，并加快向实用化转型
- 数字货币或将改变各国甚至全球传统金融体系，引起各国高度关注
- 3.社交媒体治理问题突出
三、重要前沿技术领域的研究进展
- 半导体芯片制造工艺趋近极限，芯片设计水平稳步提升。台积电5纳米制程工艺研发成功，拟于2020年正式量产，苹果（Apple）、海思、高通（Qualcomm）等企业将率先采用。
- 全球范围的数字税征收被提上日程。
- 5G成为全球主要经济体博弈的焦点，竞争日益激烈。
- 谷歌在《自然》期刊发表文章，宣称其量子计算机在完成特定计算任务时，只需要200秒即可完成全球最强大的“顶点”超级计算机耗时1万年完成的计算。
- 基因编辑、合成生物学等前沿颠覆性技术发展成熟催生出的基因治疗、生物材料、生物存储等产业日益兴起，助推生物经济规模持续扩大，引发世界主要经济体的高度关注
- 世界主要经济体强化生物经济布局，推动经济社会绿色可持续发展
- 生命图谱绘制范围日益扩大，精准度不断提升。生命图谱绘制正逐渐从分子图谱扩展到细胞图谱，
- 合成生物学的进步推动生物分子成为数据存储的优质载体，以DNA存储为代表的生物存储与计算技术取得系列突破。
- 可再生能源市场前景巨大。
- （4）先进核技术商业化应用加速。
- 海上风电产业发展迅猛。
- （2）全球核能合作进一步加强。
- （3）动力电池梯次利用商业化加速。
- 以量子材料、超导材料、石墨烯和水凝胶为代表的前沿新材料不断涌现，加速引领信息、能源、生物和航空航天等产业颠覆性发展。
- （2）新材料成为大国之间贸易摩擦、科技竞争的关键领域。
- ，发现金属氧化物 TbInO3展现出量子自旋液态，有望促进量子计算等领域发展。美、德两国科学家采用金刚石压腔对镧样品进行挤压，成功在 170 吉帕的高压下制备出氢化镧化合物 LaH10，新材料在零下 23 摄氏度以下具有零电阻、同位素效应等超导材料特征，离室温超导目标更进一步。
- 2019年11月，美国密歇根大学的研究人员在硅芯片上直接堆叠第二层晶体管，开发出可在高工作电压下运行的三维晶体管阵列，该技术有助于开发更紧凑、具有更多功能的芯片，并有望打破摩尔定律。
- 锂离子电池安全性和能量密度显著提升，有望带来汽车和消费电子产业的新变革。
- 生物 3D 打印技术获得突破性进展
- 工业互联网布局推进，引领信息化与传统领域走向深度融合。工业互联网是新一代信息技术与制造业深度融合形成的新兴业态和应用模式，是连接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体。
- 5G赋能智能制造、与工业融合成为重要趋势。
- 智能工厂建设持续推进，帮助制造企业智能转型。智能工厂是未来制造业发展的必然趋势。
- 2019年，美国波士顿动力公司大幅提升其人型机器人Atlas的性能，该机器人可完成倒立、翻滚、360度水平跳转等复杂体操动作，且能够在狭窄、崎岖的地形中实现自主导航，有望在灾难救援中发挥重要作用。
- 3D打印技术与设备创新不断，在各领域应用持续深入。
- 太空成为全球战略竞争新疆域。
- （2）主要航天国家强化太空领域合作，以应对太空威胁。
- （3）深空探索有序开展，多国启动月球探测计划。
- 中国“嫦娥四号”月球探测器成功在月背着陆，中国成为全球第一个实现月背软着陆和完成月背与地球中继通信的国家，“玉兔二号”月球车成为世界上在月工作时间最长的月球车。
- 商业低轨卫星星座部署加速，为天基通信网络建设奠定基础
- （2）主要航天国家升级完善定位导航与授时系统。
- （3）美、俄继续提升导弹预警探测能力。
- 美国空军还发布了2019年版《国家人工智能战略》，描述了美国空军的人工智能定义、发展背景和目的，提出五大关注领域：降低技术准入门槛；将数据视为战略资产；实现人工智能使用权限泛化；招募、发展、培训和培养人工智能人才；增强与国际伙伴、政府部门、工业界和学术界的沟通和合作。
- （3）航空强国持续推进新型战斗机的研制和部署。
- （1）高超声速武器技术面向实战化应用。
- （2）航空强国稳步推进下一代航空发动机技术研发工作。
- （3）电动飞机技术不断取得突破。
- 加拿大通勤航空Harbour Air的全电动DHC-2水上飞机完成首飞，该飞机可在空中飞行30分钟，是世界第一架全电动商用飞机。
- （1）美、俄在北极展开全方位竞争。
- （2）世界主要国家重点研发海上军用无人系统。
- （3）全球海洋观测网（Argo）计划向多区域、多时间、多空间拓展。
- （4）清洁航运受追捧。
- （1）美国开始打造未来无人水面舰队。
- （2）DARPA“海上物联网”项目取得阶段性进展。
- （3）美、日水下通信技术取得突破。
第二章 世界信息技术发展报告（2020）
- 近年来，以 5G、量子技术、超级计算机和人工智能为代表的前沿信息技术，成为各国科技研发的重点和全球科技竞争的制高点。
一、世界信息技术及产业发展重要动向
- 该报告显示，美国和中国在全球数字经济发展中保持领先，两国市场占区块链技术所有相关专利的75%，全球物联网支出的50%，云计算市场的75%以上，全球70家最大数字平台公司市值的90%。
- 2.各国从人才培养、政策规划和资金投入等方面全力推动信息产业发展
- 中美两国把握信息技术发展趋势，充分利用互联网红利，推动本国数字经济快速发展，目前处于全球领先地位，但两国数字经济发展模式存在很大不同。一是创新模式不同。美国数字经济的创新更多以底层技术创新为基础，通过技术创新引领商业模式创新，技术创新与商业模式创新并重，实现以技术驱动数字经济发展。中国数字经济创新更多依赖商业模式创新，或依靠庞大的国内市场，以营销手段推动用户转化，凭借市场规模效应实现快速成长。二是产业链深化程度不同。美国将信息技术视为一种通用技术，强调将信息技术应用于各个领域，在数字经济产业链上下游快速拓展，进行深度布局，形成持续创新与发展的能力，更好地发挥出信息技术的整体带动效应。中国则侧重数字经济下游产业，尤其是虚拟经济的带动性，产业链拓展程度不够，导致上游产业基础设施建设相对落后，资金和人才大量集中在互联网金融、网购等下游产业，数字经济企业对底层技术研发热情不高。同时，中国制造业与互联网的融合度不高，也导致数字经济面临后续发展乏力的困境。
- 1.世界主要经济体加速推进人工智能发展，旨在确保竞争优势
- 2.军事领域人工智能研究加速，有望带来人工智能技术的新突破
- 军事领域人工智能技术的研究涉及机器学习、图像识别、语音识别、机器人、指挥与控制、文本分析等诸多领域，已经成为人工智能与其他科学交叉研究的前沿阵地，或将从底层技术出发，为人工智能带来革新式发展。
- 2019年2月，DARPA启动“针对开放世界新奇事物的人工智能和学习科学”项目
- 在人才储备方面，中国人工智能人才总数约为5万人，而美国约为83万人，特别是在人工智能的基础算法、芯片和传感器等方面的人才数量上，中国不仅落后于美国，也落后于英国、德国、日本和以色列。
- 量子技术被认为是可以改变未来的关键科学技术。
- 1.美、德、英、日等国政府强化量子研究支持措施，加大对科研机构的资助力度
- 2.量子技术屡获突破，量子计算机商用化初步展开
- 2019年2月，加拿大多伦多大学研制出全光子量子中继器的关键元件，该元件可用于远距离光量子信息传输。
- 量子技术的两个主要研究方向为量子通信和量子计算。
- 美国无线通信和互联网协会发布的《5G全球竞争》调查报告综合考量了各国在5G领域的政府战略、民营企业5G技术研发及引入进度、频谱分配等情况，对各国的 5G综合水平进行了排名。其中，中国和美国并列第一，韩国第三，日本第四。
- 1.美国推动国家频谱战略制定，为5G部署打造坚实基础
- 美国白宫科技政策办公室明确美国5G发展的三大优先领域分别为追求频谱的灵活性和敏捷性，以使用更多的频段及波形；提高频谱实时感知能力；通过安全的自主频谱决策提高频谱效率和效益。
- 2.英国积极进行5G战略部署，日、德加快频谱分发和5G基础设施建设
- 尽管中国在5G领域取得了一定的技术研发成果，但在 5G发展上仍然面临诸多问题。一是技术路径选择问题。5G 存在独立组网和非独立组网两种模式，非独立组网造价低，便于快速部署，国外普遍采用此种模式。但是，只有独立组网才能对5G各项功能进行全方位支撑，满足产业型互联网的发展需求，而其造价则显著高于非独立组网的造价。二是运营商成本问题。5G 基础设施除了宏基站，还涉及大量小微基站、光传输、核心网等设施，这意味着5G运营商将面临较高的运营成本。三是商业模式问题。在4G时代，运营商主要通过用户端实现商业盈利，在5G三大应用场景中，两个面向企业端，这代表用户端盈利走弱。如何通过面向企业端的服务实现5G商业目的，全球运营商都在探索，前景仍不明晰。四是产业链安全问题。5G产业链全球化趋势不可阻挡，但部分西方国家通过政治手段阻碍正常的商业合作，这将严重影响5G产业链安全。
- （五）网络安全技术逐渐向智能化攻防转变，5G 网络安全受到欧洲高度关注
- 1.网络安全技术与人工智能结合取得进展，智能化攻防成果不断涌现
- 研究人员开发的恶意软件利用人工智能技术，能自动生成符合用户风格的击键输入。研究人员表示，该恶意软件可对联想、微软和戴尔（Dell）的键盘产品进行有效攻击。
- 该技术不仅可以利用推特信息预测未来数天内将被国家漏洞数据库收集的大多数安全漏洞，还可利用自然语言处理技术分析预测出哪些漏洞将被赋予“危险”或“高危”严重等级，准确率超过80%。
- 2.美国持续优化网络防御措施，提升安全防护水平
- 3.欧洲高度重视5G网络安全，拟制定严格法律法规监管5G供应链安全
- 5G 技术的逐步落地将带来海量的物联网设备，但多数物联网设备的安全防护措施简陋，极易被黑客控制，利用规模化物联网设备发动网络攻击的威胁大增。黑客将人工智能、区块链等新技术融入网络攻击手段，使网络攻击难以追踪、监控和防范。
- 超级计算机的运算能力将为人工智能、生物技术、新材料技术及核爆炸模拟等研究提供重要支撑，已成为一个国家在信息数据领域的综合实力象征。
- 中国企业在全球十大超级计算机制造商中占据了前三名，其中联想以174台名列冠军，中科曙光以71台名列亚军，浪潮以65台名列季军。从超算系统使用的芯片上看，英特尔继续占据主导地位，入围500强的超级计算机中有470台用到了该公司的处理器。
- 近 10年来，中国超算产业取得了一批重要成果，但还面临着诸多挑战。一是核心技术依赖国外，虽然中国超级计算机的制造已经达到了一定的水平，但中国商用超算系统绝大部分采用国外厂商的芯片、系统和应用软件等，自主技术的超级计算机相对较少。二是超算应用软件研发与高水平人才培养亟待加强，中国超算应用的生态环境尚未得到系统构建，超算软件应用领域较窄，自主研发的并行应用软件不够丰富，各层次超算人才培养力度欠缺，尤其是高水平超算人才队伍积累明显不足。三是超算基础设施的应用效率有待提升，中国超算中心往往在应用软件的开发能力和商业化运营上略有不足，运维费用和基础设施的升级依赖外部政策性投入，要进一步发挥对经济和产业的推动作用。
- 随着摩尔定律逐步逼近物理规律极限，微电子技术集成电路发展瓶颈已经出现，光电芯片成为下一代芯片技术发展的方向之一。利用光信号进行数据传输、处理和存储的光电芯片有望成为5G和人工智能时代的关键基础设施，并带动整个信息技术产业进入“从电到光”的转换过程。
- 随着微电子芯片制造工艺逼近1纳米物理极限，依靠工艺水平精进提升芯片性能的方法越来越难以奏效，摩尔定律正濒临失效。由于光子在芯片中不受电磁阻力等的影响，可大幅提升芯片的信息处理效率，光子学与芯片结合的光电芯片技术有望摆脱摩尔定律的桎梏。
- 区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，是通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案的统称。
- 2019年9月，德国政府发布《联邦政府区块链战略》，拟采取44项措施在德国推广区块链技术，重点推进证券数字化。作为比特币等加密货币背后的核心技术，区块链技术被德国政府视为一种有前景的关键技术。
- 2.区块链技术重要性屡被提及，各国在多领域开展应用探索
- 2019年2月，美国IBM公司发布2019年度《IBM未来5年五大创新趋势》报告，认为数字映射技术、区块链、微生物图谱、塑料回收新技术和人工智能传感器五大创新将在未来 5年改变人们的生活。
- 区块链技术具备去中心化、透明、开放和不可篡改等特点。在理论上，需要借助第三方中介信用背书完成的相关交易，都可以通过区块链技术完成，因此，区块链技术具备广阔的应用前景。
二、先进计算技术
- 通过结合高性能计算和人工智能来解决现实问题，可用于模拟核爆炸、改善极端天气预报、加速医疗研发、绘制人类大脑图谱及开发新材料等领域
- 3.美国国家地理空间情报局使用超级计算机构建全球3D地图
- 5.日本新一代超级计算机“富岳”初步交付
- 通用量子计算机的研究仍面临消除量子噪声、减少数据丢失和纠错等问题
- 量子计算机运行时的噪声会影响计算结果，导致计算出现误差，因此，降低噪声及减少误差是提高量子计算机实用性的关键。采用“零噪声外推”，研究人员无须改进硬件设备，而是通过在不同噪声水平下进行重复计算，对量子计算机在没有噪声干扰下的计算结果进行估测，以此提升计算结果的准确性。
- 谷歌的研究人员开发出新型54比特量子处理器Sycamore，以此构建的量子计算机能在200秒完成特定计算任务，而目前最先进的超级计算机需要一万年才能完成该任务。
- 7.中国量子计算研究团队突破量子计算模拟算法
- 1.大众汽车和亚马逊联手开发工业云计算平台
- 2.微软与甲骨文整合云计算服务
- 该系统的数字神经元能够模拟轴突、树突和突触，并像传递神经刺激一样传递信号，在模拟真实大脑方面迈出了重要一步。
- 清华大学开发出异构融合类脑芯片
- 计算设备不仅需要芯片和存储器等硬件设备提供高速运算能力，也需要算法和软件来实现最优运算路径和最快运算效率。
三、网络与通信技术
- 5G、WiFi 6等新一代无线通信标准的推出将带领全球迈向“万物互联”的时代。
- 4.华为发布全球首款5G基站核心芯片
- 华为与中国电信完成全球首个5G网络的电力切片测试
- 5G 网络切片是一种按需组网的方式，可以让运营商在统一的基础设施上切出多个虚拟的端到端网络，从而适配各种类型的业务应用。
- 软银与谷歌合作研发用作5G空中基站的无人飞行器
- 10.韩国三星电子成立新一代通信研究中心，着手进行6G核心技术和标准研发
- 11.SK电讯将联手诺基亚和爱立信开发6G技术
- 该器件使用压电谐振器将外源声波能量转换为电力用于供能，在获取传感数据后，发射声波回传二进制信号，可用于海水温度和海洋生物监测，无须电源的特征使它易于组网，并降低了污染海洋的可能性。
- 14.WiFi联盟宣布正式启用WiFi 6标准
- 量子通信是量子信息技术的一个重要分支，遵循量子规律进行信息传递，是迄今唯一被严格证明的无条件安全的通信手段，其应用可大幅度提升信息安全水平
- 3.中国科学技术大学在国际上首次实现全光量子中继器的原理性验证
- 光通信和空间通信技术具有传输速率高、通信容量大、抗电磁干扰性能强和保密性高等优点，且其通信终端体积小、功耗低、实用性极高，引发各国研究热潮。
四、网络安全
- 4.爱尔兰动适网络安全公司发现手机SIM卡存在允许黑客利用短信发动攻击的漏洞
- 5.腾讯首次攻破手机超声波屏下指纹识别技术
五、人工智能
- 未来，推动人工智能与传统产业的深度融合，实现人工智能在多个领域的规模化应用，以及将人工智能深入应用于人类生活，都需要加强人工智能基础研究，从而突破机器认知能力的限制，促进科研与产业的深入探索，降低人工智能的应用门槛，构建完善的人工智能产业应用发展体系。
- 2019年6月，微软和浙江大学联合推出一种利用神经网络技术的新型高速语音合成模型FastSpeech，大大提高了语音合成效率。
- 5.加拿大皇后大学开发出语音识别人工智能工具
六、微电子与光电子技术
- 5纳米芯片将于2020年量产，2纳米芯片制程工艺已开始研发；光学器件性能提升为光电芯片的研制打造坚实基础，光电芯片将加速自动驾驶、机器人和虚拟现实等技术的优化应用，推动半导体设备实现“从电到光”的转换。
- 1.台积电推出6纳米半导体制程技术
- 三进制半导体架构将对高计算芯片开发产生重要影响，有助于人工智能和物联网的发展。
- 近年来，光电子技术以优于微电子技术的极高速度、超大容量及极低损耗等显著特点成为全球科学研究的焦点，更上升为当今社会信息技术的重要支柱之一。
- 8.DARPA启动“通用微光学系统激光器”项目
一、世界生物技术及产业发展重要动向
- 2019年8月，世界卫生组织启动全球人类基因组编辑注册计划，呼吁全球所有与人类基因组编辑相关的研发项目责任方进行登记，以促进人类基因编辑的规范管理。
- 抗逆转录病毒疗法（ART）可抑制人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV）的传播，或可实现在无保护性行为中HIV零感染
- 这6条关键技术路径分别为：可实现双向通信的微创接口系统、将电信号写入神经元的无创声光设备、对大脑进行连贯记录的光学系统、将信息写入大脑的无创声磁设备、大脑信息记录和写入的微创双向光磁系统，以及神经元信息写入的无创光磁集成设备。
二、合成生物学
- 合成生物学的突破性意义是它能够在生物的基因组上书写新信息，而非仅将自然界既有的信息从一个基因组转移给另一个基因组。
- 2.合成生物学促进工程化需求的生物元件设计发展
- 3.植物合成生物学不断取得突破
- 基因工程技术的出现使得人类不再受限于自然变异和筛选，有目的的基因组改造可以大幅提升菌株的生产性能。
- 2019年2月，美国加州大学伯克利分校的研究团队通过修改16个基因（包括酿酒酵母的自身基因、来自 5 种细菌的外源基因和来自大麻植株的外源基因等），使酿酒酵母能够利用半乳糖生产大麻素及其衍生物。与传统的植物栽培相比，这种微生物发酵过程能降低生产稀有大麻素类物质的成本，且生产过程更为高效和可靠。相关研究成果发表于《自然》期刊。
- 5.合成生物学技术不断创造出新药物和新疗法
- 合成生物学促进生物计算和生物存储
- Impossible Foods将豆血红蛋白的基因序列整合到酵母中，合成出的豆血红蛋白能使基于植物蛋白合成的“肉类替代品”具有肉质口感和“肉色”。
- 3.合成生物学产业化机遇与挑战并存，监管将进一步规范和完善
- 2019年7月，美国疾病控制与预防中心的科学家利用反向遗传学系统和已发表的病毒序列数据，人工合成了埃博拉病毒。
三、基因编辑
- 虽然基因编辑技术的潜在应用价值巨大，但由于存在脱靶效应导致的不相关区域的基因突变、生物体全基因组脱靶检测的敏感性低、基因编辑过程无法精准调控，以及基因经编辑而突变的未知连锁效应等风险，基因编辑技术仍给生物体自身、生态环境和物种进化等带来诸多不可预见的安全性问题。
- 由于人类胚胎和生殖细胞基因编辑会遗传给后代，人类生殖系细胞基因组编辑可能导致不可预测或不可逆的后果，其潜在风险难以预估。
- 世界主要经济体在农畜业基因编辑育种领域监管政策的调整放宽和鼓励措施的出台，将大大加快基因编辑动植物新品种的开发培育和推广应用，推动农畜业基因编辑技术的产业化发展，为全球粮食短缺和安全问题做出新贡献。
四、微生物组学
- 微生物组对于人体的发育和成熟至关重要，并且能激活和维持免疫系统及新陈代谢的稳定性。
- 肠道菌群在人类发育、衰老等生理机能中发挥重要作用
- 科学家从一种名为黄腐菌（Flavonifractor plautii）的肠道细菌中筛选出两种酶（FpGalNAcDeAc和FpGalNase），将其微量添加到A型血液中，可以去除该血液红细胞表面的特殊糖分子，将A抗原转化为H抗原，从而将A型血转变为O型血。
- 3.人体微生物组学促进疾病研究和治疗
五、干细胞
- 干细胞是具有自我复制、高度增殖和多向分化潜能的原始细胞群，是形成各种组织器官的起源细胞。
- 该研究表明，未来或无须精子或卵子，人们就能以皮肤细胞为原材料培育出人造胚胎。
- 2019年6月，美国蓝鸟生物公司的基因治疗药物 Zynteglo获欧盟批准上市，该药物用于治疗12岁及以上的输血依赖型β-地中海贫血症患者。
一、世界能源技术及产业发展重要动向
- 目前，中国石油对外依存度已超过70%，天然气对外依存度逼近50%，煤炭进口量达3亿吨，未来一段时期的油气和煤炭进口还将持续增加。
- 美国石油产量已超越俄罗斯和沙特，即将成为石油净出口国
- 继 2017年成为天然气净出口国后，美国即将成为石油净出口国。
- 未来，随着中美关系的变化，尤其是美国“能源独立”的日渐成型，中国的能源供应或将面临一定程度的风险。
- 另外，俄罗斯新建核电机组的经验丰富，使用标准化工程方案，采用从铀矿开采到核电机组建设和运营，再到乏燃料后处理的垂直一体化产业模式，有利于俄罗斯降低核电成本，提升国际市场竞争。
- 目前，中国在建核电规模世界第一，但在技术创新方面仍有待加强，核电核心技术依赖进口的局面亟须改变。
- 即使在没有任何财税政策支持的情况下，2020年新增的陆上风电项目和光伏发电项目的加权平准化成本分别达到4.5美分/（千瓦·时）和4.8美分/（千瓦·时），这意味着无论在电力中长期协议中，还是在批发市场和现货市场中，可再生能源的竞争优势愈加显著。
- 国际可再生能源署预期，2050年电力在终端能源消费中占比将达到49%，在交通和建筑领域分别达到43%和68%，而届时可再生电源在全部能源中占比将达到65%，可再生能源发电在电力中占比将达到85%，其中60%来自光伏发电和风电。
- 中国已明确了能源转型的近期和中长期目标，即2020年、2030年、2050年非化石能源在一次能源消费中分别占比15%、20%和50%，2030年非化石能源电力在全社会用电量中占比50%。
二、化石能源
- ISC技术是将地下煤炭进行控制性地燃烧气化，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的技术。该技术不用开挖采煤，也无须任何工作人员进入地下，就可生产低成本的工业燃气和化工合成原料气，再将它们通过产品井输到地面，合成气经物理水洗、分离、净化后直接供下游能源化工企业或居民生活使用，有效延伸了煤化工产业链，增加了煤炭能源附加值。
四、可再生能源
- 可再生能源包括风能、太阳能、生物质能、水能等，资源潜力大、环境污染低，可永续利用，是有利于人与自然和谐发展的重要能源。
- 青海多能互补项目表明，带储热的光热光伏互补，甚至加上风电和水电的多能互补可再生能源系统或成为未来光热发电的发展方向。
五、氢能终端利用
- 氢能是未来构建以清洁能源为主的多元能源供给体系的重要载体，其开发与利用已经成为新一轮世界能源技术变革的重要方向。
- 德国梅赛德斯-奔驰公司交付首批氢电混合燃料电池汽车
第五章 世界新材料技术发展报告（2020）
- 新材料产业是未来高新技术产业发展的基石和先导。
一、世界新材料技术及产业发展重要动向
- 石墨烯材料、智能仿生材料、高性能复合材料和超材料等前沿新材料领域发展最为迅猛，持续为产业技术升级、经济结构优化提供新的路径。
- 一些对未来具有颠覆意义的前沿新材料，如石墨烯、量子点、超材料、仿生智能材料、超导材料、柔性材料、光催化材料正加速发展，具有特殊优异性能的新材料品种不断得到开发和应用，其产业化进程也在加速。
- 中国前沿新材料在自主创新、新型产品开发和应用、研究范式变革和高端产业化等方面还有一定差距。
- 完善产学研机制，通过政策倾斜和资金支持，加速新材料研究成果的转化和产业化；加强人才队伍建设和高尖精人才培养，建立和完善创新驱动的基础设施，如开放式的研究机构合作平台、研发数据共享平台、研究人员交流互动平台等。
- （二）先进信息材料不断涌现，高性能、低能耗成为发展潮流
- 1.信息材料研发为人工智能、大数据等信息技术突破提供可能
- 3.新型半导体材料加速研发，应用范围进一步扩展
- 一般而言，从实验室“诞生”一种新材料平均需要10年，新材料从实验室“走进”生产车间平均需要再用 20年。
- 机器学习技术带来材料设计的新变革
二、高性能结构材料
- 高性能结构材料发展趋势主要包括3点：一是高性能化，高性能化要求结构材料具备高强度、高韧性、高寿命的特点，这是结构材料最主流的发展方向；二是轻量化，轻量化要求在保证结构材料的强度和寿命的同时尽量降低其重量，这与全球绿色经济、可持续发展的目标一致；三是结构功能一体化，如结构材料具备一定的透光性、导热性和导电性，以及抗氧化、抗腐蚀和抗辐照等性能。
三、先进功能材料
- 功能材料涉及光学、电学、磁学、生物学、热力学和声学等众多领域，是学科交叉度高、发展最为迅猛、应用最为广泛的一类材料。
- 新能源材料是支撑新能源发展，具有能量存储和能量转换功能的新材料，主要包括燃料电池材料、锂离子电池材料、太阳能电池材料、相变储能材料、金属氢化物镍电池材料和半导体照明发光材料等。
- 生物医用材料是用于诊断、治疗、替换人体组织和器官并增进其功能的新型高技术材料，是材料科学技术中一个高速发展的新领域。
- 中、美科学家研发出收缩力达人体肌肉40倍的新型人工肌肉
四、前沿新材料
- 二维材料是指由一个原子层构成的新型纳米碳材料，具有特殊的电学、热学、光学和力学性能，在高端电子和光电子器件、能源转化与存储及复合材料等领域有着广阔的应用前景。
- 智能材料是一种能感知外部刺激、对外部刺激进行判断并适当反应的新型材料，是继天然材料、合成高分子材料和人工设计材料之后的第四代材料。
一、世界智能制造技术及产业发展重要动向
- 智能制造是传统制造业转型升级，实现生产过程智能化、自动化、精密化、绿色化的必经之路。
- 一是人工智能，该领域的创新正在迅速改变美国人的生活和商业状况，人工智能已被许多重要战略规划列为优先事项，美国要确保在该领域继续发挥主导作用，帮助美国工人应对就业挑战；二是先进制造业，通过提高生产力、生产优势产品及形成全新产业，促使美国经济持续改善；三是量子信息科学，它能够帮助计算机处理新的工作负载，解决更困难的挑战；四是5G技术，高速、高容量网络的开发和部署将促进社会创新。
- 2.德国《国家工业战略2030》扶持重点行业，确保德国在欧洲乃至全球的竞争力
- 德国将重点关注人工智能、工业数字化转型、可信赖数据基础架构、搭建数字平台等与智能制造密切相关的技术领域，并加强生物科技、纳米技术等其他前沿科技研发力度。
- 以机器学习为典型代表的人工智能技术的发展是推动人工智能市场扩大的主要因素
- 1.人工智能技术助力复杂产品设计优化
- 2.机器学习软件提升增材制造工艺可靠性
- 3.人工智能加持数据平台与生产系统，促进制造车间智能化水平提升
- 人工智能与制造业深度融合已经成为全球共识，世界主要发达国家都在相关制造业规划中加强布局，融合实践也取得了实效。
- 5G 是第五代移动通信技术的简称，具有速度快、多设备连接和同频全双工等特性
- 2.5G通信模块加持，机器人效率大幅提升
- 3.5G技术在制造工厂应用探索继续深入
- 中国在5G技术与制造业快速衔接方面还面临挑战，主要表现为：一是关键基础能力欠缺，高端装备和自动化系统对国外依赖度较高；二是重点行业工业软件的技术水平与发达国家差距非常大；三是在新技术变革方面的应对不足，数字化的模型积累不够，大数据等新技术与制造业的融合也有待加强
- “灯塔工厂”指的是在第四次工业革命尖端技术应用整合工作方面卓有成效，堪为全球表率的领先企业。
二、机器人技术
- 研究人员将两个植入物植入患者大脑，该植入物可获取大脑信号并将信号发送到电脑，电脑再将信号转换为动作信号并命令机器人外骨骼完成动作。该研究首次使用大脑信号来控制机械外骨骼，或将为瘫痪患者重新行走带来希望。
五、智能工厂相关技术
- 2019年，以数控设备为代表的智能装备在“物联互通”和“数字孪生”领域，引领着新的装备制造潮流。
一、世界航天技术发展重要动向
- 通过发展低轨卫星星座提供互联网接入服务，是当前大国太空竞争的焦点之一。中
二、卫星技术
- 2019年，全球39个国家（机构）的466颗卫星成功入轨，入轨的卫星包括123颗遥感卫星及预警卫星、177颗通信卫星、13颗导航卫星、5颗太空科学卫星及148颗技术试验卫星。截至2019年12月，全球在轨卫星共计2498颗。
一、世界海洋技术发展重要动向
- 近年来，北极变暖趋势加剧，这不仅拓展了北极资源和航道开发的前景，也导致地缘政治竞争暗流涌动。