基于“雙碳”目標背景下冶金工程學科的發展機遇與挑戰

李健飛，柳召剛，吳錦繡，胡艷宏，馮福山

（內蒙古科技大學材料與冶金學院，內蒙古 包頭 014010）

0 引言

近些年，隨著中國經濟與科技水平的高質量快速發展，鋼鐵、有色、建材、化工等能源密集型行業產品需求量大幅度攀升。據國家統計局公布數據2020 年中國的原煤、粗鋼、水泥以及十種有色金屬產量較2004 年分別約提高了2.0 倍、3.9 倍、2.5倍和4.3 倍，國內生產總值（GDP）翻了6.4 倍左右，經濟增長與能源產品消費總量總體呈現攀升態勢，但值得注意的是2015 年之后二者同比增速幅度卻明顯放緩，這主要是由于經濟快速增長的同時所帶來的局部氣候反常、雨水酸化、冰雪消融等諸多生態環境問題日益凸顯，究其根源是我國的經濟增長模式相對于發達國家仍然是以消耗大量煤炭、石油、天然氣等一次能源為基礎，導致CO2、CH4、PFCs 等溫室氣體排放量逐年遞增累積。經濟與能源、環境之間的可協調發展已成為現階段不可規避的問題，為此我國對不看質量與生態的經濟發展按下了“暫停鍵”，并將應對氣候變化的目標任務納入“十四五”規劃綱要[1]，為中國提出二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，爭取在2060 年前實現碳中和的重大“雙碳”戰略目標[2]，削減碳排放、降低碳強度已成為今后各行各業可持續發展的一個重要前提和指標。

1 冶金低碳轉型勢在必行

碳排放量主要來自能源消費過程中所產生的以CO2為主的溫室氣體[3]，而作為全球最大的發展中國家，中國的能源消費能力已位居世界首位[4]。從我國的行業能源消費結構來看（圖1），工業能源消耗量占比達65.92%，其中制造業占54.81%，采礦業占4%，電力、熱力、燃氣及水生產和供應鏈占7.11%。從全國CO2工業排放總量占比來看（圖2），制造業的二氧化碳排放量高達35.68%，僅次于電力、熱力、燃氣及水生產和供應鏈行業（46.91%），其耗能高、碳排放量巨大、環境污染嚴重的特點已使其成為現階段碳排放重點監管行業。因此，如何進一步提升制造業的能源利用率，縮減能源消耗量對于實現我國節能減排，實現“雙碳”目標具有決定性意義。

圖1 2018 年行業能源消費結構

圖2 2018 年CO2 工業排放總量結構

實現制造業的“雙碳”目標不僅需要研究高效的污染治理技術，更離不開相關學科的技術支持與人才的持續輸出。由圖2 可知，制造業的CO2排放量主要集中在黑色金屬的冶煉、壓制（18.38%）和非金屬礦產行業（11.37%），二者的占比高達83.38%，其代表性行業為鋼鐵工業和有色金屬工業。冶金工程專業作為鋼鐵、有色、非金屬礦等行業改革的主要學科力量，既關系到國家命脈行業的有序發展，也承載著社會的責任與義務。在“碳達峰”和“碳中和”目標指引下，立足節能降耗，開展傳統冶金低碳轉型及深度減碳工作已勢在必行，而這對于冶金工程學科的發展來說既充滿機遇也伴隨著挑戰。

2 冶金工程專業學科的發展機遇

2.1 “雙碳”戰略舉措的“排頭兵”

“巴黎協定”的簽署標志著積極推進經濟低碳發展、深度縮減碳排放已成為全球共識，極大地推動了各國以自主貢獻的方式參與減碳行動的積極性。作為全球最大的碳排放國家[5]，中國碳排放的制定標準與行動也備受關注。我國基于現階段的基本國情提出了2030 碳達峰、2060 碳中和的“雙碳”戰略舉措，不僅符合我國一直倡導的“共同但有區別責任”的原則，更充分彰顯出一個負責任大國的擔當。在雙碳目標的號召下，綠色低碳的發展理念已成為國內各行業的行動指南，而鋼鐵行業、有色行業、非金屬礦產等碳排放“大戶”自然成為減排工作的前沿陣地，冶金工程學科作為與之緊密相連的人才輸送紐帶，在減排工作中扮演“排頭兵”的重要角色，其發展必然肩負著為國育人、為行業育才的重任。培養符合未來國家與行業需求的高素質人才就必須遵循和緊貼國家戰略目標與教育宗旨，“雙碳”戰略舉措的提出不僅為我國未來一段時期內的工業發展注入了新思想、新活力，也為進一步推動冶金工程學科改革提供了極為有利的政治導向和戰略支撐。

2.2 凝聚社會責任的“擔當”

冶金工程作為國民經濟發展的支柱性產業，是衡量國力與工業化水平強弱的重要尺度，是貫穿于我國社會發展各個階段的有力支撐。建國初期，新中國各行各業都處于百廢待興的局面，黨中央經慎重考慮提出了第一個五年計劃（1953-1957），其首要任務是集中主要力量發展重工業和加快推進各經濟領域的社會主義改造，鋼鐵行業作為實現重工業、大工業的基石，承擔著恢復國家經濟獨立、鞏固國防安全、維系民生穩定的重擔。為了能盡快恢復我國的鋼鐵生產，原冶金工業部下設的十幾所院校依托資源優勢，為我國培養了大批的冶金專業技術人才，從王麻子剪刀、鳳凰牌自行車、飛人牌縫紉機等“小工業”再到鞍鋼、武鋼、包鋼等鋼鐵企業的順利投產都鐫刻著冶金人的身影和汗水，“齊心協力建包鋼”不僅是我國冶金工業蓬勃發展的一個縮影，更是締結無數老一輩冶金人投身于社會主義建設的使命擔當與偉大情懷。現如今，我國經濟建設取得了舉世矚目的成就，人民生活水平有了較大提升，加強生態文明建設已經成為人民共同的愿望。因此，從某種意義上講“雙碳”目標既是勾勒老一輩冶金人艱苦卓絕的精神追求與矢志不移的理想信念畫卷，也是黨中央對于新一代冶金工作者的殷殷囑托。冶金工程學科作為鋼鐵、有色、非金屬礦等行業發展的關鍵學科，肩負著傳承老一輩冶金人實踐經驗和知識的延續，凝聚著全社會對于減碳工作的期望，切實承擔和履行好社會期許的責任，不負老一輩冶金人的囑托，不負新時代的光榮使命，就是冶金工程學科發展的不竭動力。

2.3 雙一流學科建設的“助力”

“雙一流”是黨中央在新時期對于我國高校發展與學科建設實施的一項重大戰略決策，旨在從政策和技術層面著力解決高校自身發展與學科建設過程中遇到的學科壁壘難以跨越、學術資源碎片化、資源發展不均等實際問題，不斷推動我國高等教育邁進更高水平，這為冶金工程學科的發展提供了重要戰略契機。“雙一流”建設是自上而下的頂層設計，能夠從教學資源、師資隊伍、發展方向等多個角度助力冶金工程學科發展。冶金工程學科作為與“雙碳”目標緊密聯系的關鍵學科之一，其發展既是緊盯新形勢下行業碳排放過程中的技術需要，也是推動實現“雙碳”重大發展戰略的關鍵舉措。隨著“雙一流”建設的穩步推進，以“雙一流”建設為載體的冶金工程學科配套支持政策體系的逐步完善，為冶金工程學科向世界一流學科邁進提供了長效動力。

2.4 經濟高質量發展的“推動”

“建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系”既是彰顯中國特色的時代課題，也是經濟高質量發展的前進方向。2030 年“碳達峰”與2060 年“碳中和”目標的設立為我國經濟高質量發展提供了階段性發展目標與著力點，大力推動“雙碳”目標的有效完成是實現經濟高質量發展鮮明特征，而經濟高質量發展離不開“排碳”行業的支持，更離不開相關人才的輸出。冶金工程學科作為發展低碳經濟體系與產業轉型升級的重要知識載體，承接“小學科”與“大產業”之間的傳輸渠道，承擔著“雙碳”目標的社會責任，是提升產業結構升級與經濟高質量發展速度的不竭動力，而經濟高質量發展本身也是冶金工程學科內涵式發展的重要體現，對于提升冶金工程學科教學質量與人才專業素養、拓寬學科發展前景、加速產業內部的技術變遷、積累人力資本存量及推動全行業的知識溢出與技術迭代都是重要推動力，二者相輔相成。

3 冶金工程學科面臨的挑戰

3.1 新形勢下學科發展的滯后性

冶金工程學科作為伴隨新中國成長的重要學科之一，一直以服務國家戰略布局、滿足行業重大需求為學科發展方向，經過幾十年的人才培養、資源擴充、教師隊伍建設等積淀，學科已經成為鋼鐵工業、有色冶金、機械制造、航工航天等領域人才培養與輸送的重要支撐。但隨著碳達峰、碳中和、經濟高質量發展、生態文明建設、中國制造2025 等一系列重大戰略的提出并實施，中國正在進行一場廣泛而深刻的經濟社會變革，“綠水青山就是金山銀山”“山水林田園是一個生命共同體”等論斷已深入人心，而現階段冶金工程學科建設模式相比新時代背景下以生態優先、綠色低碳的發展思路和整個教學環節仍存在明顯的滯后性，例如：關于“雙碳”“高質量”“雙一流”等最新科研成果不能及時編撰成教材，現有教材陳舊；教師隊伍仍以傳統鋼鐵、有色、物理化學等教育背景為主，培養符合新形勢下教育背景的專業教師仍需要一段時間；國內開設冶金工程學科的高校相對較少，且教學資源不均衡、區域政策支持力度不均等等現象在短期內仍會存在，這主要是由學科本身的發展周期所決定，新形勢下由于維持冶金工程原有的學科生態系統平衡被打破，冶金工程學科進入以學科交叉融合為主的新發展周期，其發展必然會經歷一個漫長的知識體系重構成長期，期間學科發展一定會出現滯后性。為此，新形勢下需要對冶金工程學科人才培養模式、教育教學評價體系、學科評價機制等進行重新審視，應加速完善冶金工程學科體系來促進新知識的生產與高素質綜合型學生、教師的培養，使其能更好、更快的為支撐我國經濟社會發展做出貢獻。

3.2 學科交叉融合的技術壁壘

如今，以“互聯網+”“大數據”和“人工智能”為代表的現代信息技術正在持續廣泛滲透于社會各領域，一大批新技術、新產業、新經濟不斷涌現并與相應學科進行深度融合，已成為經濟高質量發展的新引擎。當前中國正處在經濟轉型升級、產業結構優化的攻關期，迫切需要一大批優秀的復合型人才，以人才謀創新，以創新促發展。然而，人才培養離不開學科的持續跟進，構建多視角、跨學科的人才培養模式已成為提升冶金工程學科競爭力與行業的鮮明特征和重要訴求。然而，伴隨著“雙碳”重大戰略的實施與新一輪科技革命深遠影響，傳統冶金工程學科培養的技術人才已經難以滿足新形勢下的產業發展格局，其技能滯后于發展需求已成為無法避免的常態化，這主要有2 個方面的原因：第一，新科技革命給冶金工業及相關領域帶來了顯著變化，智能制造、智能冶金、大數據等逐漸成為“新工科”的發力點[6]，多學科之間的交叉融合已是冶金工程學科發展的必然趨勢，而依據現有技術需求，新知識、新學科的快速拓展一定會涉及計算機、人工智能、云數據、芯片等多個領域，但由于前期基礎技術積累不足及體制不完善，無法在短時間內實現各學科間的知識融合與貫通，科學技術壁壘依然會存在一段時間；第二，現有冶金工程學科的學科邊界較強，致使前期的教學工作主要以單學科框架傳授為主，再加上以多學科教學的學科帶頭人、教學隊伍還沒有形成較強的戰斗力，知識融合與傳輸仍需一定時間，學科技術壁壘跨越難度依然較大。

4 不同層面解決問題的策略

冶金工程學科肩負著為國育人、為行業育才的重任，其發展必然離不開政府-企業-學校的支持。

一是政府層面。加速推動智能冶金轉型發展與技術升級；加快構筑高水平人工智能科技創新基地；加大冶金工程學科的資金和政策支持力度。

二是社會層面。強化企業創新主體責任和承擔“雙碳”的歷史使命；以“高質量發展”作為突破口，加強校企之間的合作；大力推廣綠色低碳冶金新技術、新工藝領域的成功經驗和實例。

三是學校層面。緊扣冶金工程專業相關產業的發展現狀，以產業布局、學科交叉融合謀劃學科發展，加速革新冶金工程學科的人才培養模式；以“雙碳”目標為契機，以“高質量”“雙一流”為依托，持續推進冶金工程學科建設；加強課程教育能力，構建多元課程體系，強化學科交叉融合，加快引進以信息化、智能化為背景的冶金專業教師。

隨著“碳達峰、碳中和”戰略目標的實施，完善綠色、低碳的循環經濟制度，建立健全低碳、高效、安全的工業發展體系，已成為新時期下冶金工程學科發展所面臨的機遇與挑戰。以“雙碳”戰略目標為契機，整合資源、凝聚力量，盡快實現新形勢下冶金工程學科的快速發展是現階段的迫切任務。