第３６卷第３期ＭＩＴＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ２０２２年“全球十大突破性技术”解读４３５成大流行的高风险株做到有效的先期预警尤为重要。早期新冠病毒变异的功能选择主要表现为传播力、受体结合能力以及病毒复制能力的增强。但是，在奥密克戎变异株高传播力的背景下，突破性感染不停发生，感染人群比例不断升高，病毒多样性持续扩大，免疫逃逸已经成为新冠病毒变异的主要驱动力。因此，如何在疫苗接种和突破感染形成的复杂免疫选择压力下，预测新冠病毒变异趋势和流行动态将会是一个充满挑战但又亟需解决的重要科学问题。ＧＩＳＡＩＤ已经收录了超过１０００万条新冠病毒全基因组序列及部分样本的采集信息，基因组序列的超复杂性也为监测和分析新冠病毒演化趋势提出了巨大挑战。开展病原学、免疫学、结构生物学、群体遗传学、分子演化以及计算生物学等多学科的合作，结合人工智能和机器学习等新兴技术可能是解决这一问题的有效途径。图２ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２病毒是地球上被测序最多的生物体，极大地增强了全球对此类病毒的变异追踪与预警能力（图片来源：ＭＩＴＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ官网）３长时电网储能电池（Ｌｏｎｇ－ｌａｓｔｉｎｇｇｒｉｄｂａｔｔｅｒｙ）２０２１年４月，可再生能源打破了加利福尼亚州主电网的纪录，提供的电力足以满足９４．５％的需求，这一时刻被誉为低碳化道路上的一个里程碑。我们使用的可再生能源比以往任何时候都多。然而，可再生能源带来的波动式电力需用一种廉价且长时（数小时甚至数天）的储能电池保存，以备日后使用。新型的铁基电池有望胜任这一任务。总部位于俄勒冈州的ＥＳＳ公司，其电池可实现４至１２小时的储能，并在２０２１年推出了其第一个电网规模的项目。总部位于马萨诸塞州的ＦｏｒｍＥｎｅｒｇｙ公司称其电池可储存电能长达１００小时，他们在２０２１年筹集了２．４亿美元，将在明尼苏达州安装一兆瓦级别的储能工厂，预计２０２３年完成。这两家公司都选择使用铁基电池，而铁是地球上最丰富的材料之一。这意味着他们的产品最终可能比锂离子电池和钒系液流电池等其他储能电池更便宜。ＦｏｒｍＥｎｅｒｇｙ公司表示，其电池最终的成本可能仅为２０美元／千瓦时，甚至低于未来几十年对锂离子电池成本的乐观预测。但铁基电池也存在一些技术挑战，如它们的效率通常较低，这意味着投入其中的相当一部分能量无法被回收；此外，副反应也会随着时间的推移而使电池退化。但如果铁基电池能以足够低的成本被广泛安装使用，便可以为更多人提供来自可再生能源的电能。专家点评：张新波研究员，中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室主任，国家杰出青年科学基金获得者。致力于能源存储与转化研究，目前主要聚焦于金属—空气电池、新型离子电池与能源电催化方面的关键材料设计和高性能器件研制，开发了具有完全自主知识产权的锂空气电池器件。在ＮａｔｕｒｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ、ＮａｔｕｒｅＥｎｅｒｇｙ等国际权威期刊上发表论文２００余篇，主编国际专著１部。授权发明专利２０件。２０１９年获吉林省自然科学奖一等奖。未来在以可再生能源为主体的新型电力系统中，可再生能源的比例将超过５０％，这必然会要求储能设施具备十几个小时乃至几天的储能时长，以满足吉瓦（Ｇｉｇａｗａｔｔ，ＧＷ）级别的再生能源并网和长时间削峰填谷的需求。然而，在目前的储能电池技术水平下，锂离子电池储能时长以２小时居多，部分已经提升至３到４小时，但要达到６小时及以上的储能时长则会面临成本与产品安全等方面的诸多挑战。因此，低成本、长时储能电池的发展将成为电力系统转型的关键。此次入选２０２２年ＭＩＴＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ“全球十大突破性技术”的水系铁基电池是基于廉价和储量丰富的铁元素构筑的，其具有高安全性和环境友好等特征。其中，美国俄勒冈州ＥＳＳ公司的铁基液流电池以氯化亚铁为正负极电解液，通过电解液中铁离子的氧化还原实现电能的储存和释放，可实现长达２００００次的稳定循环。此外，该液流电池的储能活性物质与电极完全分开，功率和容量设计互相独立，便于模块组合设计和电池结构放置，其电网规模的储能模块可以实现４至１２小时的能量储存。DOI:10.16262/j.cnki.1000-8217.2022.03.024４３６中国科学基金２０２２年不同于液流电池，ＦｏｒｍＥｎｅｒｇｙ公司的铁—空气电池是一种静态电池，其基本原理是基于铁的可逆氧化（生锈），可持续多达１００００次的循环。相比于铁基液流电池，铁—空气电池的储能容量更大，其可储存电能长达１００小时（约可为电网提供超过４天的电力），这种电池将使具有成本效益的“多日储能”成为可能。上述两种铁基电池在大规模储能方面均具有明显的优势：超长循环寿命、高安全稳定性、可扩展性、低成本和绿色环保，可平衡可再生能源发电的波动式变化，实现低碳长时电网储能。铁基长时电网储能电池的发展，可以弥补锂离子电池的一些不足，以科技创新的方式将电力系统从化石燃料发电转变为可再生能源发电，有利于在全球范围内减少碳排放，实现低碳电网碳的发展和碳中和的终极目标。然而，除了长时电网储能电池外，还有一些其他可以提供稳定电力服务的能源组合（核能、化石能源＋碳捕捉与封存技术、氢能等）与之竞争，这些技术未来的发展，也会在一定程度上左右长时储能电池在电网中的占比。此外，与其他储能技术的发展一样，长时储能电池从研发、示范、落地到规模化，一路上必将面临产能、供应链、建设、运营等多方面的挑战，必须严格控制每一环的风险，才能实现既定的成本目标。我国的长时电网储能技术以全钒液流电池为主，其已经过十多年的示范考核，并且其大规模储能的工程效果已得到了充分的验证，产业配套成熟，可支撑起百兆瓦级储能项目的设计与开发。此外，全钒液流电池系统的单瓦时成本已可控制在２～３元的水平，具备了商业化应用的条件。２０１８年以来，我国液流电池的装机量呈现爆发式增长。其中，２０２０年规划的液流电池装机量超过６ＧＷ，容量超过２０ＧＷｈ。与此同时，单个项目的规模也在不断提升，如２００ＭＷ／８００ＭＷｈ的全钒液流电池示范项目。整体而言，我国液流电池的产业研究和技术工艺处于国际领先水平，特别是国内液流电池的龙头企业，大连融科在海外市场的拓展也在如火如荼地进行。然而，全钒液流电池的低能量密度和钒高昂的价格，需要我们开发更具价格和能量密度优势的新型长时电网储能技术。储能作为“双碳”背景下构建低碳电网的关键组成部分，跨天、跨月乃至跨季节的长时电网储能系统的发展迫在眉睫。目前长时储能技术仍处于百家争鸣的中早期研发示范阶段，孰胜孰劣尚未揭晓。电化学储能由于动力电池产业的推动，不受地理环境的制约，暂时处于比较有利的竞争地位。未来电网储能系统的发展需要以模型数据开源、学术产业结合等方式集思广益，甄选出最具经济可靠性的电源储能配置方案，形成多能互补的，新能源＋储能的电力系统，为实现“双碳”目标提供强有力的支撑。图３廉价、储能持久的铁基电池有望分摊可再生能源的供应压力，并扩大清洁能源的使用范围（图片来源：ＭＩＴＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ官网）４ＡＩ蛋白质折叠（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｆｏｒｐｒｏｔｅｉｎｆｏｌｄｉｎｇ）作为生命体最重要的功能载体之一，蛋白质在众多生命活动中发挥着关键的作用。蛋白质在行使功能时往往需要折叠成特定的三维结构，因此对蛋白质结构的测定和解析不仅能帮助人们在分子层面上理解大多数生命活动的机理，而且可以有效辅助基于结构的药物开发以及相关疾病的诊治。目前通过实验手段解析蛋白质结构费时费力，远远无法满足现实需求。２０２０年底，谷歌重组后的“伞形公司”Ａｌｐｈａｂｅｔ旗下名为ＤｅｅｐＭｉｎｄ的人工智能实验室采用多种深度学习技术，开发出了一款名为ＡｌｐｈａＦｏｌｄ２的软件，能根据蛋白质的氨基酸序列准确预测其三维结构。该软件使用一种称为深度学习的人工智能技术，可以预测蛋白质的形状，甚至精确到原子。由于大多数蛋白质的氨基酸序列已知，该软件可以在数个小时内提供目标蛋白质原子分辨率的结构信息，而且其预测的结构模型准确度很高，在很多蛋白上可以与实验解析的真实结果媲美。世界各地的科学团队已经开始使用它来研究癌症、抗生素抗性和新冠病毒。２０２２年，该技术被ＭＩＴＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ评选为“全球十大突破技术”之一。