29个烧脑难题

如何实现低能耗人工智能？全球气候变化背景下作物如何适应土壤环境？如何突破碳纤维复合材料在我国未来超高速轨道交通车辆装备的应用？

10月22日，在安徽合肥举行的第二十五届中国科协年会主论坛上，中國科协发布了具有前瞻性、创新性和引领性的10个前沿科学问题、9个工程技术难题和10个产业技术问题。其中，人工智能、新能源、高性能材料、生命科学等领域重大问题受到关注。

2023重大问题难题发布人、中国科协副主席高鸿钧院士表示，此次征集评选强调把准问题前沿性、战略性、创新性、引领性，把握科技发展趋势和学科前沿发展方向，服务科技工作者为国为民建功立业。

据了解，今年的征集发布活动共收到89家全国学会和学会联合体、部分企业科协推荐的590个问题难题，涵盖数理化基础科学、地球科学、生态环境、制造科技、信息科技、先进材料、资源能源、农业科技、生命健康、空天科技等十大领域。征集过程中，进一步广泛动员，通过定向邀请等方式，号召一批知名院士专家和境外科技组织参与问题难题的凝练推荐；评选过程中，进一步突出高层次专家评议指导，包括中国科协学术交流与期刊出版专委会委员等在内的117位院士专家经过复选、终选等环节进行严格评议把关，最终评选出29个重大问题难题。

10 个前沿科学问题

01

如何实现低能耗人工智能？

所属领域：信息科技

推荐单位：中国移动通信集团有限公司科学技术协会

人工智能技术的进步得益于人类大脑和计算技术的研究进展和发现。通过学习人类视觉神经系统，发现了卷积神经网络解决机器视觉的问题；通过学习人类大脑的奖励机制，发现了强化学习的方法，大幅提升了机器学习效率。但在能量的使用方面，机器对数据的处理和对能量的消耗是大脑的数千倍。如何实现低能耗人工智能已经成为亟待解决的重大科技问题。绿色AI领域的研究和突破将带动通用人工智能在各个应用领域的广泛发展，解决人工智能产业的高耗能问题，促进全社会的数智化转型，助力实现碳达峰、碳中和的目标。

如何实现低能耗人工智能？解决这一问题可能的两条路径为：一是算力硬件领域的进步，仿照人类神经元的组成和工作原理，突破现有计算机的架构，实现低能耗人工智能硬件；二是算法领域的进步，发现和学习人类神经元信息处理的方式，突破信息表征新范式，发现低数据处理、低计算量的人工智能训练和推理方法，实现低能耗人工智能算法。

02

如何实现飞行器在上层大气层机动飞行？

所属领域：空天科技

推荐单位：中国空气动力学会

距离地面100～200km的上层大气层是人们一直想利用而没有利用到的空域。这一空域大气密度极低，相比传统意义下的空气动力学，上层空气动力学流动的非平衡效应更加显著，具有强烈的多尺度特征，低密度环境导致物面的影响传播得更远，多场耦合效应更加严重，不足以支撑这一空域飞行器发展的需求。在这一空域飞行的理论和技术尚属空白，一旦取得突破，将带来颠覆性影响，制造出100～200km上层大气层飞行器，实现在这一空域的机动飞行，带动对地观测、通信等民生和国防领域的重大科技进步，填补在此空域飞行的飞行器空白。

03

利用新型符合测量方式能否搜寻磁单极子和轴子暗物质的存在？

所属领域：数理化基础科学

推荐单位：中国科协创新融合学会联合体

磁单极子以及轴子等新粒子，是目前对于超出粒子物理标准模型新物理搜寻的主要目标之一，是粒子物理领域的重大科学前沿问题。过去几十年通过众多的实验手段，国际上相继开展了多个搜寻实验，都没有发现这些新粒子的迹象。在深空环境中利用新型探测手段对这些新粒子的搜寻，将能提高对此类新粒子探测的灵敏度，填补研究空白。

04

非线性效应会随尺度变化吗？

所属领域：制造科技

推荐单位：中国微米纳米技术学会

非线性效应是前沿科学和工程技术中广泛存在的非线性因素导致的复杂物理现象，在宏观尺度上各学科都开展了深入的研究。然而，随着更小尺寸的人造体系不断涌现，人们对于非线性效应的已有认识，到微米、纳米甚至更小的尺度是否仍然适用？非线性因素及其作用是否会随体系尺度变小出现新的表现形式，带来新的非线性现象？

05

影响高性能纤维发展的基础科学问题是什么？

所属领域：先进材料

推荐单位：中国科学学与科技政策研究会

高性能纤维及复合材料以其卓越的性能和轻量化特点，在航空航天、风电等高端领域已大量应用，并正迅速扩散至轨道交通、汽车、压力容器和新能源等领域，成为各大国军事发展与经济竞争的焦点之一。高性能纤维及复合材料的表面界面对于制备工艺、产品性能和应用具有重要影响。我国尚未全面掌握高性能纤维及复合材料表面界面的组成-结构-工艺-性能之间深层次关联关系，相关科学机理仍不明晰。由于缺乏理论指导和系统应用验证积累，我国在高性能纤维及复合材料表面界面的基础科学研究方面滞后于应用研究，自主创新后劲不足，材料性能提升与功能化进展缓慢，阻碍了进一步应用发展。在高端领域关键材料尚不能实现国产化替代，仍存在“卡脖子”技术难题。因此，大力推动高性能纤维及复合材料表面界面的基础学科建设，对于推动我国尖端领域技术进步与可持续产业发展、实现高水平科技自立自强具有重大社会效益和经济效益。

06

全球气候变化背景下作物如何适应土壤环境？

所属领域：农业科技

推荐单位：中国植物营养与肥料学会

当今和未来很长时间内，人类活动强烈、快速且持续性地影响全球气候环境，包括大气中温室气体（如二氧化碳、甲烷和氧化亚氮）的浓度增加、平均气温的上升、极端天气事件的增多，以及由此带来的土壤环境和动植物物种分布等变化。

土壤和温光环境是植物生长发育及其演化适应的基础。气候变化对农业生产的影响因素主要有三个方面。（1）降雨和温度变化：气候变化可能导致降雨分布和数量的变化以及温度的升高，影响水资源的数量和分配，改变农业生产布局和种植制度，对农业生产造成威胁；（2）土壤质量变化：气候变化影响土壤水分和土壤中的生命活动过程，可能导致土壤质量下降，严重影响农作物的生长和产量；（3）农业气象灾害加剧和病虫害发生加重：气候变化导致天气极端事件频发，农业气象灾害风险和受害程度加重，改变农作物病虫害发生和传播规律，加重病虫害的发生风险和受害程度。因此，利用最新的生物和环境技术手段，解析农作物基因与环境互作的分子与遗传机制，一方面是预判未来作物适应环境变化的基础前沿科学问题，另一方面也可以用于指导适应土壤环境的未来作物育种品种设计。在该问题上取得突破，可以引领未来在全球气候环境变化背景下的资源高效利用的生物育种，产生巨大的经济和环境效益。

07

现代陆地生态系统是如何起源的？

所属领域：地球科学

推荐单位：中国古生物学会

现代陆地生态系统形成于白垩纪中期。它的出现也改变了地球系统能量流动和碳、磷等关键元素的循环过程，也深刻影响了地球表层系统的演化进程。了解“白垩纪陆地革命”的起因、过程和动力机制是解答现代陆地生态系统起源问题的关键。

08

生殖衰老的触发及延迟机制是什么？

所属领域：生命健康

推荐单位：中国女医师协会

人类社會正面临着人口老龄化和生育力下降的严峻挑战。与年龄相关的生育率下降，如孕产妇年龄增长、高龄男性精子质量下降等，是现代生殖医学面临的全球性挑战。配子（卵母细胞和精子）、胚胎与子宫生理性衰老及病理性发育异常是导致生殖衰老后不育和出生缺陷发生的关键因素。针对生殖衰老的触发及延迟机制，有以下科研重点问题：（1）配子（卵母细胞和精子）及胚胎发育衰老过程中表观遗传变化，包括RNA修饰（m6A、a c 4 C、Ψ等）、组蛋白修饰（H 3 K 4 m e 3、H3K9me3和H3K27me3等）、DNA甲基化及蛋白翻译后修饰，结合抑制剂及激活剂筛选新型衰老延缓药物，从表观遗传角度深入解析生殖衰老触发和延迟机制；（2）衰老配子（卵母细胞和精子）及胚胎非整倍体发生机制，筛选参与调控染色体精准分离的关键因子并进行结构解析，揭示生殖衰老非整倍体率增高的病因；（3）高级DNA结构（包括G四联体、Z-DNA结构等）在生殖衰老的触发及延迟过程中的变化特征及功能机制；（4）生殖衰老过程中配子（卵母细胞和精子）及胚胎发育与线粒体稳态的关系及具体作用机制。本问题取得突破后，将为女性生殖衰老分子机制提供新认识、创建精准诊疗技术，促进女性健康生育，保障出生人口质量。

09

如何实现可控核聚变的稳态燃烧？

所属领域：资源能源

推荐单位：中国能源研究会

实现聚变能商用，必须解决的首要科学问题是如何实现聚变堆堆芯等离子体的稳态燃烧。实现堆芯等离子体稳态燃烧，获得足够高的聚变功率以及氚自持所需的氚增殖比，需将等离子体温度、密度和能量约束时间提升至足够高，即聚变核心综合参数“三乘积”超过10²¹m-3·keV·s。在此苛刻条件下，堆芯等离子体的稳定运行将面临严峻挑战，如燃烧等离子体电流驱动、加料与排灰、等离子体与壁相互作用、阿尔法粒子物理、大尺度磁流体不稳定性和破裂控制等科学问题。突破聚变堆高参数、高性能燃烧等离子体稳定运行核心问题，将有助于提升我国在国际重大前沿科学技术的话语权，对我国未来聚变堆建设起到极大推动作用。

10

如何探明更高速度轮轨系统耦合机理及能量场分布特征？

所属领域：地球科学

推荐单位：中国铁道学会

列车运营速度是衡量一个国家铁路发展水平和工业科技水平的重要指标之一，为了提高影响力和竞争力，当前多个国家已计划或规划进一步提高列车运营速度。而轮轨系统耦合机理是制约轮轨制式交通运营速度、安全性、可靠性和舒适性进一步提升的关键核心问题。在更高速度条件下，轮轨瞬态滚动接触行为变得更为复杂，存在强摩擦力、多环境能量交互、高应变率载荷等复杂效应。更高速度轮轨复杂的耦合接触行为将导致系统能量场发生不可预知的变化，并在轮轨系统多环境能量场交互机制作用下，产生车辆—轨道系统的能量重构现象，影响车辆和轨道系统的能量耗散响应，若能量耗散不合理，将导致车辆和轨道系统关键部件的不可逆伤损，严重影响列车运行的安全性和系统可靠性。因此，如何探明更高速度条件下的轮轨系统耦合机理及能量场分布特征是提高列车运营速度，提升安全性、可靠性和舒适性，并降低车辆和轨道系统关键部件伤损的关键核心科学问题，是构建我国高速铁路全面系统正向设计理论和方法体系，整体提升我国铁路行业国际竞争地位，彰显国家工业科技水平和综合国力的核心基础。

9个工程技术难题

01

如何实现在原子、电子本征尺度上的微观动力学实时、实空间成像？

所属领域：数理化基础科学

推荐单位：中国光学工程学会

在微观世界，物理、化学、生物、材料等领域不再有清晰的界限，其本质都是源于电子、原子、分子等构成物质微观粒子的相互作用与运动规律，特征空间和时间尺度分别为超小的皮米至纳米和超快的阿秒至飞秒量级。微观粒子作为精密测量和新量子技术革命的重要载体和平台，在本征时间和空间尺度对其结构和动力学的研究具有重要科学意义。正因为此，2023年诺贝尔物理学奖授予了皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）、安妮·卢利尔（Anne LHuillier）三位科学家，以表彰他们开发了能够产生阿秒光脉冲的实验方法，促进了物质中电子动力学的研究。然而，受到光脉冲衍射极限的限制，阿秒光谱技术的空间分辨能力无法突破纳米量级，仍然无法完全实现对这些微观粒子特别是电子的直接时空观测，严重阻碍了基础科学研究和重大应用领域的发展。目前，最具前景的兼具超高时间与空间分辨的探测技术为超快电子显微技术，但该技术受到电子间的库伦排斥作用、光发射电子的固有能量弥散以及系统稳定性等因素的限制，一直难以突破百飞秒-纳米级时-空分辨瓶颈。如若攻克上述制约因素，有望实现在原子、电子本征时空尺度上的微观动力学实时、实空间观测，进而推动我国基础物理、新型光电子器件、超快化学、生物安全 、量子科学、清洁能源等重要科技前沿领域的跨越式发展，为我国基础研究的原始创新突破提供有效支撑。

02

如何解决稀土基体中痕量杂质的高效分离难题，突破高纯稀土材料工程化制备技术及装备？

所属领域：先进材料

推荐单位：中国有色金属学会

稀土元素因其特殊的4f亚层电子结构，呈现出丰富而独特的磁、光、电、催化等功能性质，被誉为“现代工业维生素”和“21世纪新材料宝库”，已成为全球公认的重要战略资源。高纯稀土材料作为稀土功能材料的基础物质保障，可以确保从原子、电子层次研究稀土材料组织结构与性能关系，体现稀土元素本征性质。随着稀土在高科技领域的开发应用研究不断取得重大突破，稀土功能材料对稀土材料的纯度提出了更高的要求。

目前，我国在高纯稀土制备方面与国外还存在较大差距。为保障我国高端装备、电子信息、国防军工等领域关键核心材料的自主可控，针对目前高纯稀土提纯工艺流程复杂，装备规模小、提纯效率低、制备周期长等问题，如何解决稀土基体中痕量杂质的高效分离问题，突破5N～6N超高纯稀土化合物、4N5～5N级高纯稀土金属工程化制备技术和关键敏感杂质痕量去除技术，开发精准控制的大型高效提纯新装备是亟待解决的重大工程技术难题。

03

适用于新型电力系统的长周期储能方式是什么？

所属领域：资源能源

推荐单位：中国电机工程学会

由于新能源发电出力波动大、可靠出力低，随着新能源装机占比不断扩大，以及煤电的逐步退出，新型电力系统面临严峻的电力电量平衡及保供挑战。大规模、长周期储能技术可以实现大规模能量的长时间存储、转移和转换，对于提升新型电力系统长周期灵活性及充裕性具有重要作用，同时也关系着未来系统的演化路径和电网形态，但目前国内外新能源发展场景、路径有很大差异，长周期储能技术的定义、需求也不同，当前的储能类型多样，但满足我国新型电力系统建设的长周期储能技术尚无明确答案，适用于新型电力系统的大容量、高效率、具有成本经济性的长周期储能方式还一直在探索与研究之中，大规模工程应用和实践尚未开展。其突破将根本性破解高比例新能源发展与消纳的关键难题，是我国新型能源体系构建的重要组成部分，战略意义重大。

04

如何实现大田作物绿色优质丰产无人化栽培技术？

所属领域：农业科技

推荐单位：中国作物学会

根据我国农业生产劳力持续减少、土地流转与規模化经营加速、全程田间作业要求更为高质高效舒适的大趋势，围绕大田作物绿色丰产优质高效目标，以大田作物栽培无人化作业技术为核心，配套控混肥一次性施用技术、无人机飞防高效植保技术、智能远程控制灌溉技术和智能精准无人化收获技术，创建大田作物生产无人化作业技术体系，破解未来粮食“怎么种、靠谁种”的“卡脖子”技术问题，推动粮食生产由机械化向无人化跨越。

05

如何突破低铂、低成本车用燃料电池电堆关键技术？

所属领域：制造科技

推荐单位：中国汽车工程学会

当前质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术水平（包括功率密度、寿命、能量转换效率、低温启动性能等）均已满足车用要求，然而其成本居高不下，成为限制车用燃料电池动力系统商业化与规模化应用的瓶颈。降低燃料电池成本的关键是大幅降低电极中铂基催化剂的用量，然而催化剂载量的不断降低会牺牲燃料电池的性能与寿命。因此，如何突破低铂、低成本车用燃料电池电堆关键技术，解决性能、寿命与成本之间的矛盾是当务之急。此外，燃料电池催化剂、质子膜、气体扩散层等关键材料主要依赖进口，进一步推高了我国燃料电池的制造成本，如何突破低铂、低成本车用燃料电池关键材料批量化制备技术，实现完全自主的国产化替代，构建完整的燃料电池产业链，对于我国燃料电池技术发展至关重要。

06

如何突破多灾种驱动作用下艰险山区国家重大铁路超高宽幅站场路基长期风险评估与性能保持技术难题？

所属领域：地球科学

推荐单位：中国地震学会

艰险山区国家重大铁路超高宽幅站场路基长期风险评估与性能保持是关系到工程安全建设与运维的技术难题。超高宽幅站场路基功能分区多，在构造活动、高原隆升、气候变化和工程扰动等剧烈内外动力耦合作用下，长期稳定与空间变形演化十分复杂。亟须凝聚优势科研力量开展协同攻关，构建超高宽幅站场路基长期风险评估与性能保持的理论与技术体系，阐明艰险山区多灾种综合风险内涵与形成机制，量化区域多灾种危险性、承灾体脆弱性和恢复力，实现多灾种、全要素、多层级的超高宽幅站场路基综合风险动态模拟，突破多灾种、多尺度、多物理场的超高宽幅站场路基长期风险评估技术瓶颈，创新多灾种、全过程、分阶段的超高宽幅站场路基韧性提升与性能保持技术，助力川藏铁路、滇藏铁路等艰险山区国家重大铁路工程高起点高标准高质量建设，贯彻落实“交通强国”战略。

07

如何突破新能源废料清洁高值化利用？

所属领域：生态环境

推荐单位：中国化工学会

“十四五”规划针对国家战略性新兴产业体系构筑明确指出加快发展新能源产业、深入推进资源循环利用。新能源产业发展的主要关键资源对外依存度高。因此，新能源废料等二次资源对资源供给安全意义重大。此外，新能源废料易造成严重的环境和安全风险，亟待推进新能源废料的清洁高值化利用。典型新能源废料处理过程依赖传统冶矿原理，以高价值金属回收为目标，存在金属流失严重、流程复杂、回收产品功能降级、伴生元素利用率低，以及二次污染严重等问题。针对新能源废料宏观组成非均匀、复杂，组元均匀、高纯，组元间结合方式多样，以及含有多种毒性物质的典型特征，亟须发展宏观多样、介观高纯、微观复杂的新能源废料短流程、高值化、清洁利用理论和方法。其突破将有利于减少相关资源的进口依赖，防范原材料供给风险，对保障国家资源安全和改善生态环境具有重要战略意义。

08

如何实现核动力载人火星探测的快速往返？

所属领域：空天科技

推荐单位：中国宇航学会

载人火星探测是一项艰巨的任务，以往的研究方案多以低速度增量需求的长期火表停留任务为主，增加了航天员在轨长期驻留的风险挑战，因此开发快速往返技术是安全实现载人火星探测任务的最基本要求。采用先进推进技术，降低发射重量，提高推进效率是快速往返的必然选择，但目前工程实施难度大。需通过顶层设计规划，选择合适出发窗口，进行轨道设计与优化，决策推进技术途径，攻关关键技术，开展在轨演示驗证，提高载人火星飞行器快速往返能力。逐步突破人类进入近地空间、地月空间、深空等的频率并缩短航行时间，对建立航班化载人航天运输系统，高效开发和探索宇宙具有重要意义。

09

如何将脑机接口技术应用到临床医疗中？

所属领域：生命健康

推荐单位：中国图书馆学会

脑机接口系统旨在建立一种脑与外部设备之间直接的双向交流通道，以同时实现对外部设备的控制和对脑的调控，从而达到监测脑状态、治疗脑疾病、增强脑功能等目的。按照信息采集的方式，脑机接口可以分为侵入式和非侵入式两种技术路径。

侵入式脑机接口直接与神经元紧密接触，在神经信号质量和神经调控精度等关键性能上有着天然的优势，但植入手术对大脑的创伤和植入器件长期在体的安全性等问题是当前的技术瓶颈。

非侵入式脑机接口，是目前最常采用的脑信号采集路径，也是在商业化探索中更有望率先落地的技术路径。虽然采集的信号强度远远弱于侵入式脑机接口方案，信噪比低，时空分辨率更模糊，但因为这种方案不会对脑组织造成创口伤害，因此在普惠式应用方面更有潜力。

虽然脑机接口技术的临床应用前景广阔，但在性能、精准、高效、安全等方面仍存在众多挑战。

10个产业技术问题

01

如何突破碳纤维复合材料在我国未来超高速轨道交通车辆装备的应用？

所属领域：制造科技

推荐单位：詹天佑科学技术发展基金会

根据国家“双碳”发展战略部署，时速600公里高速磁浮、时速400公里及以上动车组及双层动车组为代表的超高速列车凭借高速高效、轻量智能、节能环保的优势，将成为未来主流产品，而解决其存在的高速-能耗-低碳、轻量-安全-大载荷突出矛盾是关系今后发展的最主要问题。因此，寻求综合性能优良的新材料、新结构，突破传统金属材料的局限，形成更轻、更强的材料-结构-工艺一体化核心技术解决方案，是确保高速列车领域引领地位、提升国际话语权的良好路径，也将为国家战略新型材料在高端装备领域应用提供产业引擎。以碳纤维为代表的国家战略新型材料，具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳、可设计性强等优异性能，是解决高速-能耗-低碳、轻量-安全-大载荷矛盾问题、实现高速列车轻量化的绝佳选择。

02

如何发挥我国信息通信产业优势，快速实现芯粒（Chiplet）技术和产业突破？

所属领域：信息科技

推荐单位：中国通信学会

芯粒（Chiplet）技术相较于传统芯片，可有效降低成本，提升集成规模和设计效率，缓解对先进工艺的依赖。但是由于缺乏有效的产业牵引，我国在Chiplet标准制定、技术研究、产品研发、生态构建等方面与国外先进水平存在一定差距，导致目前国内Chiplet技术和产业发展相对缓慢。在过去的二十年中，我国信息通信产业实现了跨越式发展，形成了广泛的应用场景、完善的产业生态和充足的人才储备，为发挥新型举国体制开展关键核心技术攻关创造了条件。据分析，Chiplet技术有望应用于5G基站、数据中心、人工智能平台等信息通信产业核心环节，提供更低成本、更高算力的基础设施。因此打造Chiplet“中国方案”、快速实现Chiplet技术和产业突破，是突破芯片技术封锁、实现集成电路领域高水平自立自强的关键。

03

石油基炭材料高端化技术如何发展？

所属领域：先进材料

推荐单位：中国石油学会

石油基炭材料及其制备的石墨制品，在国防军工、航空航天、核工业、冶金、新能源汽车等诸多领域得到了广泛的应用，但在超高功率石墨电极本体及接头、高能量密度锂电池负极材料、各向同性核石墨、高性能沥青基碳纤维、优质炭素材料用石油沥青等产品国内还以中低端为主，高端产品仍依赖进口，有些甚至受到严格管控。因此实现石油基炭材料的高端化发展，尤其在“双碳”目标下，实现炼油“油转特”转型升级具有很现实的意义。必须加大高端应用技术研发，打造具有自主知识产权的高端炭材料生产技术。

04

如何通过柔性薄膜技术实现星载轻质可展开阵列天线？

所属领域：空天科技

推荐单位：中国宇航学会

空间天线是航天器的千里眼及顺风耳，新一代卫星对星载天线提出了更大尺寸、更高性能的迫切需求。阵列天线具有波束灵活、抗干扰能力强等特点，是未来空间天线技术的重要发展方向，在空间微波遥感、雷达、通信以及空间电站无线能量传输等领域有着广泛的发展前景。

阵列天线的性能直接与天线有效口径相关，天基SAR等任务往往需要数十平方米，甚至上千平方米的阵列天线。但是由于火箭上行包络的限制，以传统刚性材料为主要结构的阵列天线，受到重量、收拢包络尺寸等一系列问题的制约，极大地限制了星载大型和超大型阵列天线的在轨应用。而薄膜技术是解决上述问题的有效手段。薄膜天线具有面密度低、收拢体积小、展开方式灵活和成本低等优点，容易实现更高面质比的阵列天线，已成为国内外星载天线领域的研究热点及难点。星载薄膜阵列天线的开发，面临高性能材料、高效率传热技术和芯片化微波组件开发等一系列工程难题，已成为制约我国星载阵列天线发展的关键问题。

05

如何实现生殖干细胞精准移植技术在养殖鱼类单性种质创制中的广泛应用？

所属领域：农业科技

推荐单位：中国农学会

生殖干细胞移植是创制鱼类全雌（雄）单性新种质的前沿育种技术，可以显著加速鱼类性控育种进程，提高养殖经济效益，推动鱼类养殖产业绿色可持续发展。然而由于鱼类供体生殖干细胞系难以长期培養、受体内源性生殖干细胞不易全部清除、传统移植方式存在非定向性迁移等诸多因素影响，极大限制了生殖干细胞移植技术在养殖鱼类单性种质创制中的广泛应用。因此，如何突破鱼类体外生殖干细胞稳定传代、受体不育系高效制备、生殖干细胞靶向移植等系列关键技术环节，实现鱼类生殖干细胞的快速、高效、精准移植是创制鱼类单性新种质迫切需要解决的产业技术难题。

06

梯级水库群如何实现汛限水位联合优化调控？

所属领域：地球科学

推荐单位：中国水利学会

我国地处亚洲季风区，水资源时空分布不均，是一个严重缺水的国家，历史上曾多次发生严重旱情。特别是2022年长江流域发生流域性特大干旱，给社会经济造成了较大影响，引起社会各界的高度关注，也促使水利行业深入思考如何更好地发挥已建众多大型水库群的水资源综合利用效益。

目前，经过几十年的科技攻关和技术进步，我国的水文气象监测预报、通信、水库调度决策水平已经处于国际前列。随着具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系和数字孪生流域的持续构建，可以为水库汛期水位动态控制、联合优化调度提供强有力的技术支撑。

研发梯级水库群汛限水位联合优化调控技术，一方面可充分发挥大型水库群联合运行调度作用，在不降低原防洪标准的前提下实现洪水资源化，提高水库汛末的蓄满率，破解水资源时空分布不均的难题，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水等多目标，是实现水利发展的一条非工程措施，可为加快水利高质量发展提供“软实力”。本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。

07

如何高值利用有机污染化工废盐，推动化工产业高质量发展？

所属领域：生态环境

推荐单位：中国环境科学学会

我国是世界化工产值第一大国，化工行业总产值约14万亿元，占全球化工产值的40%左右。随着我国化工行业的迅猛发展，化工废盐产生量也随之逐年递增，化工废盐具有产生面广、量大、种类多、组分复杂等特点，其中有机污染化工废盐最常见、处理难度最大的一类可溶性固体废物，普遍具有废物和资源的双重属性。这类废盐以硫酸钠、氯化钠及二者的混合物为主，有的废盐还伴有重金属、有毒难降解有机物、硝酸根等国家重点控制的污染物。有机污染化工废盐中的污染物不仅会直接危害人类健康，若处理不当，还会导致地表水、地下水污染及土壤污染，甚至导致土地盐碱化、生态环境恶化。除废物属性外，有机污染化工废盐也具有资源属性。作为化学工业的最基本原料之一，氯化钠和硫酸钠等原生盐类当前主要通过盐矿开采、海水蒸发等途径获取，大量生产、大量消耗、大量排放的生产方式尚未得到根本性扭转。当前，我国亟须建立完善化工废盐利用处置的污染防治标准体系，攻关利用处置技术并开展工程应用示范，助力我国由化工大国向强国迈进。

08

如何在沙漠戈壁荒漠地区构建千万千瓦级新能源基地并实现安全稳定送出？

所属领域：资源能源

推荐单位：中国电机工程学会

我国是世界上荒漠化面积最大、受风沙危害最严重的国家之一，全国荒漠化土地约占国土面积的1/4。国家提出以沙漠、戈壁、荒漠为重点建设数亿千瓦级大型风光基地，推动构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系，加快能源绿色低碳转型。由于荒漠新能源基地所在地区大多处于电网末端，电网支撑弱，经济欠发达，本地负荷小，新能源基地缺少大电网支撑，安全运行面临挑战，无法就地消纳。为此，要将荒漠化地区改造成为绿色能源基地，亟须解决如何在缺乏电网支撑的情况下实现数亿千瓦级荒漠新能源发电基地安全稳定送出的关键问题。

09

如何发展面向高性能和低成本产业升级的自主可控SoC芯片？

所属领域：信息科技

推荐单位：中国图象图形学学会

伴随美国对中国贸易战的不断升级，美国对中国芯片（尤其是先进工艺制程的高端芯片）的设计制造能力进行全面封杀，通过使用先进工艺提高自主可控芯片整体性能的进程严重受阻。如何在现有较为落后但自主可控的国产工艺上设计并制造高性能的芯片成为亟须解决的现实问题。传统的产业升级模式需要在每一代升级时更换硬件设备和软件，带来极大的升级成本（包括时间成本和资源消耗成本）。如果面向行业需求定制一种SoC芯片，能够兼顾高性能和可编程的灵活性，实现在未来一代或多代的产业升级时不需要更新硬件只需要更新软件，将会产生显著的“降本增效”的效果。因此，现阶段我们亟须破解“如何发展面向高性能和低成本行业应用升级的自主可控SoC芯片”这一重要的产业技术问题。

10

如何实现冲击地压煤层智能安全高效开采？

所属领域：资源能源

推荐单位：中国煤炭学会

煤炭是我国能源安全的“压舱石”，冲击地压已成为制约我国煤矿安全生产和产能释放的头号杀手，而且随着开采深度的不断增加，其影响越发凸显，将严重影响我国能源战略安全和国民经济持续健康发展。因此，如何突破冲击地压煤层开采技术瓶颈，实现安全、智能、高效开采是迫切需要解决的关键工程技术难题。