2021年世界科技进展100项（生态能源、交通与建设工程）

本文系统梳理了2021年在全球范围内取得的100项科技进展，主要分布于“生命、生物、医药健康”“深空、深海、新空间拓展”“物质、材料、化学”“智能、信息、通信”以及“生态能源、交通与建设工程”五大领域。

2021年世界科技进展100项 （生态能源、交通与建设工程）

• 建设工程
  • 中国首个海底数据舱
    • 中国首个海底数据舱在珠海高栏港揭幕，标志着中国大数据中心走进海洋时代。“海底数据中心项目(Project UDC)”是将服务器等互联网设施安装在带有先进冷却功能的海底密闭的压力容器中，用海底复合缆供电、并将数据回传至互联网；海底数据中心(UDC)通过与海水进行热交换，利用巨量流动海水对互联网设施进行散热，有效节约了能源、资源。
  • 中国成功突破“贪吃蛇”钻井技术“限速”
    • 中国自主研发的旋转导向和随钻测井系统中的高速率脉冲遥传技术在渤海油田南堡区块实现重要突破，传输速率同比提升24倍，同比提高钻井时效20％。至此，中国在这一被称为“贪吃蛇”的钻井技术领域成功突破“限速”，正式跻身世界前列，为该技术大规模产业化应用铺平道路。
    • “贪吃蛇”系统随钻头入井
  • 世界最快高铁
    • 由中国自主研发设计、自主制造的世界首台高温超导高速磁浮工程化样车及试验线启用，标志着高温超导高速磁浮工程化研究实现从无到有的突破。该车采用全碳纤维轻量化车体、低阻力头型、大载重高温超导磁浮技术等新技术和新工艺，设计时速620千米，有望创造在大气环境下陆地交通的速度新纪录。
• 能源新兴技术
  • 全球首艘100%氢燃料电池动力商用船舶
    • 全球首艘100%氢燃料电池动力商用船舶建成，并在美国西海岸为正式运营做准备。该船配备了由零排放工厂（Golden Gate零排放海运公司）提供的氢燃料电池组件，该氢燃料电池组件包括360千瓦的燃料电池和一个重达246千克的储氢罐。此外，该系统还集成了由XALT提供的100千瓦时锂离子电池和BAE系统提供的2组300千瓦电力推进系统。氢燃料电池动力系统具有与柴油相当的动力、操作灵活性、零碳排放和维护简便的优势。
    • 半固态高温熔盐金属空气电池结构
  • 全固态锂电池商业化进程加速
    • 中国研究团队设计并合成了一种全新的氯化物固态电解质——氯化锆锂（Li2ZrCl6），该材料不但完美继承了氯化物固态电解质独特的优势，还成功突破了固态电解质成本高昂以及湿度耐受性差两大瓶颈，为全固态电池的商业化进程扫除障碍。该项成果入选2021年中国科学十大进展之一。
    • 不同氯化物固体电解质的原材料估价
  • 钙钛矿电池突破21.6%光电转化率
    • 澳大利亚研究团队在太阳能转化为电能方面取得了 21.6% 的效率，这是针对 1 平方厘米以上面积钙钛矿太阳能电池的新世界纪录。这意味着，这种钙钛矿电池在阳光照射下，每平方米可以产生 216 瓦的电能。为制备低串联电阻的钙钛矿太阳能电池，提供了切实的可行性方案。
    • 钙钛矿太阳能电池的性能记录
  • 全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录
    • 基于40多年努力，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步，是中国首次在国际上采用全金属主动水冷第一壁、高性能钨偏滤器、稳态高功率波加热等关键技术。
    • “人造太阳”1.2亿摄氏度成功“燃烧”100秒时，内部的红外影像
  • 实现历史性核聚变突破
    • 美国国家点火装置 (NIF) 产生了一种聚变反应，这种反应产生的能量比点燃它所需的激光能量更多。NIF使用来自世界上最高能量激光的脉冲来压缩胡椒粒大小的氢同位素氘和氚胶囊。这种方法每次发射产生170千焦的聚变能量——远低于1.9兆焦的激光输入。但在8月8日记录显示，该能量飙升至1.35兆焦耳。研究人员认为这是燃烧等离子体的结果，这意味着聚变反应产生了足够的热量，可以像火焰一样通过压缩燃料传播。该研究入选《科学》十大科学突破之一和《物理世界》十大突破之一。
    • 为了产生美国国家点火装置（NIF）的聚变反应，192束激光束会聚在一个微小的燃料芯块周围
  • 全球最大核聚变装置ITER即将启动彩排实验JET
    • 源于欧洲联合环状反应堆（JET）将在今年 6 月份进行氘氚核聚变实验。核聚变反应是一种产生能量的方式。太阳释放的能量就是核聚变反应，人们现在所使用的能源，大部分是太阳在历史时期和现在释放的能量。如果物理学家能够掌握核聚变反应的方法，在地球上制造几个“小太阳”，那么地球上的资源将取之不尽，用之不竭。
    • 庞大、精密、复杂的ITER 一拖再拖，反复跳票