白色冬奥“绿意盎然”

在北京2022年冬奥会火炬接力启动仪式上，3名火种护卫人员分别手持火种灯、火炬和引火棒走上舞台，从火种灯中引出火种，点燃火种台。本报记者 齐波 摄

张家口坝上地区的国家风光储输示范电站内的风光互补发电场 新华社发

北京冬奥会正如火如荼地进行。在我们心系运动员精彩表现之余，冬奥会的各项安排其实都满含深意。

作为我国提出“双碳”目标后举办的重大标志性活动，也是《格拉斯哥气候公约》等相关协议签署后的全球首个大型体育赛事，它筹办、举办的全过程都具有标杆意义。

例如，北京、延庆、张家口3大赛区，39个场馆，实现了城市绿色电网全覆盖，赛期全部使用绿色电能，这是奥运史上首次全部场馆实现100%绿色电能供应，是奥运史上“零的突破”。

再比如，使用清洁能源的保障车辆占比高达84%，其中氢能源汽车超过1000辆，加氢站超过30个，创造了全球规模最大的氢燃料电池汽车示范运营案例……

数据显示，利用各种前沿科技，北京冬奥会推出了18项碳减排措施、4项碳中和措施。北京冬奥会将成为首个真正实现“碳中和”目标的奥运会。

除了在大处着眼，北京冬奥会还将“绿色办奥”理念落实到每一个细微之处，通过一个个蕴含“大科技”的“小心机”，向世界展现了中国的责任与担当。

微火火炬不简单

2022年2月4日，美轮美奂、大气磅礴的北京冬奥会开幕式在鸟巢上演。当最后一棒火炬手将手持火炬插入主火炬中心，直接作为主火炬燃烧器点亮“雪花”的那一刻，很多人心中也许是“意外”的。

北京冬奥会开幕式总导演张艺谋在采访中表示，从过去熊熊燃烧的大火炬到今天历史首次微火火炬设计，在传播绿色环保理念的同时，更要感谢科技的力量。

为了适应绿色奥运、科技奥运理念，这次火炬全部采用氢气作为燃料。虽然2020年夏季奥运会上，日本已经首次采用了氢为燃料的火炬，但与东京奥运会火炬不一样的是，我们采用的是高压储氢火炬，首次实现了冬奥会历史上火炬的零碳排放。

氢是一种清洁、零碳排放的燃料，但易燃、易爆、易泄漏，就像一匹“小野马”总是让人敬而远之。选择氢作为火炬燃料，对科技水平其实是一项考验。

此次火炬除外观之外，手持火炬和主火炬系统的设计和制造来自航天科技集团六院11所（京）与101所组成的六院火炬研制团队。为了让冬奥会圣火拥有一颗绿色能源“心脏”，研制团队用两年时间付出了很多努力。

首先是手持火炬：当燃料确定为氢后，研制团队开始研判分析各种可能遇到的问题。比如，想在北方冬季严酷的室外环境中顺利传递火炬，确保火种不熄灭，该如何做？如何保证氢在运输和传递的过程中不泄漏？

除了技术方面，研制团队还要解决艺术问题。比如氢气没有颜色，怎么进行焰色反应；火焰不能像火箭发动机一样喷射而出，要有曲线美感……

2020年9月23日，奥组委召开了闭门会议，确定了手持火炬的造型。火炬以祥云纹样“打底”，自下而上从祥云纹样逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案，旋转上升。

“惊艳，流线型的造型，律动感很强。”回忆第一眼看到火炬外壳时，研制团队还觉得很赞叹。但艺术家心中将美展现到极致的同时，也对技术团队最终实现制造了困难。

此前，在未见到外观时，研制团队是以2008年北京夏季奥运会火炬外壳尺寸及造型作为参考进行研发，但新的设计有了新的要求。比如火炬内外飘带的造型，使得储氢气瓶不可能像外形一样上粗下细，若减少储氢气瓶尺寸必然不能满足氢气的燃烧用量。

为此，科研人员经过不断讨论、试验，修改方案，提出精简阀门外形，优化内部空间外，缩小储氢气瓶尺寸，将气瓶中的压力由35MPa提升至42MPa。

7MPa压力差看似很小，但它考验了阀门的密封技术、降压技术、火焰稳定技术、可靠性等。

同时，冬奥圣火“飞扬”要批量生产，气瓶要有一致性，后续要有检测方法和检测方案，要求制定新的标准。

正是将这样的难题一个个突破，我们的氢燃料手持火炬最终可以在10级强风、50mm/h大降雨的侵袭、零下40℃低温和5000米高海拔等环境下稳定燃烧，真正实现“无惧风雨”。

而且，为了实现火焰的“可视”，研制团队在出口处安装了格栅，在格栅表面喷涂碱金属。这种控制方法可以通过配方和涂装方法实现不同颜色的火焰，也是研发团队的创新打造。

给火焰“造型”也是煞费苦心。为了避免火焰状态呈喷射状，不安全不可控，研制团队通过切换阀上面的减压阀，把气瓶中的高压（42MPa：相当于海底4200m的水压）变成出口处的低压（1KPa），使火焰产生飘逸的美感。

除了手持火炬，主火炬的设计也有突破。

主火炬采用的是“微火 显屏”创意形式，利用悬挂在威亚上的执行机构和地面装置，加上手持火炬在40m高空的360度旋转，实现了“火”与“舞美”的有机融合。

每一片小雪花、每一个枝头上都是采用全彩LED直显屏，每一个发光点的颜色、亮度都是可以独立控制的，4.8mm的出光点实现了灯光图案细腻的多彩变化；而且与以往熊熊燃烧的火炬相比，节省了99.9%的能量，体现了低碳环保的理念，也展现了中国人的文化自信。

这样的设计理念也要求火炬的工作时间从1.5小时延长到8小时，并要保证360度旋转时高效稳定地燃烧。

为此，设计团队研发出姿态调节执行机构，就是火炬顶上一个长方形的黑色盒子。它吊挂在威亚小车上，由小车带着它移动到中心位置，放下钢丝绳和电缆与火炬相连。通过姿态控制技术，配合地面装置完成一系列的翻转、提升和旋转。这里面还藏着燃料供应系统的氢气滑环、柔性软管和撬装氢气系统，将气瓶中的氢气输送到火炬中心，并实现气体的稳定供应。

正是这些技术支持，保障了以氢气为燃料的火炬完美亮相，在世界人民面前再一次展示了中国的科技实力，向世界广泛传播了绿色奥运、科技奥运的理念，并将极大促进我国氢能产业的发展。

“无塑”冬奥中的“小心机”

进入冬奥村后，除了周到的服务，品尝各种中国美食成了让运动员们感到最为舒心快乐的事情之一。在琳琅满目的食物之外，其实各种餐具也有“小心机”。

本届北京冬奥会尽可能地减少不可降解一次性塑料制品使用，加快推进新理念、新技术、新产品在北京冬奥会场景应用。

比如各种一次性餐盒、刀、叉、勺以及注塑类托盘、筷子、吸管等都是采用一种叫作聚乳酸（PLA）的生物材料制成的。

作为本届冬奥会官方生物可降解餐具供应商，也是我国唯一掌握聚乳酸全产业链核心技术的公司，安徽丰原生物技术股份有限公司为冬奥会提供了3000多万件(套)可降解餐具。

丰原生物相关负责人告诉记者，与传统的石油基制造的塑料垃圾在自然条件下降解需要数百年，给生态环境安全带来严重隐患不同；聚乳酸是以玉米、木薯、秸秆等农作物或农林废弃物为原料，经现代生物发酵技术制成的。焚烧时不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。在堆肥条件下，可在半年内经微生物作用降解为二氧化碳和水。与其他塑料制品相比，这些生物基可降解餐具更易实现回收和循环利用，还不会产生塑料微颗粒危害人类及其他生物健康；而且，从原材料到聚合物生产过程的碳排放是石油基材料的1/3左右。

除了餐具，北京冬奥会还用上了中国石化生产的可降解塑料袋。与传统塑料相比，这些塑料袋以仪征化纤生产的石油基可降解材料（PBAT）制作而成，不但具有较好的热稳定性、力学性能，同时在堆肥条件下能够降解为水和二氧化碳。

制服装备同样贯彻着可持续发展理念。据了解，供北京冬奥会和冬残奥会工作人员、技术官员及志愿者使用的装备收纳包所使用的纱线，是回收利用废旧塑料制品生产的环保纱线；包装袋采用生物可降解材料制成，180天降解率可达90%以上。

就连新型奥运版复兴号智能动车组上，内装也全部采用了环保可降解材料，可降解率能够达到50%以上，可回收率达到了75%以上。

业界认为，北京冬奥会上这些可降解材料只是个开始。借此东风，未来这些生物材料将成为工业文明向生态文明转变，走向可持续发展的重要选项。

低碳制冰新突破

在所有的碳排放源当中，场馆的建设和运行所产生的温室气体排放量超过整个碳排量的1/3。因此，在场馆建设和运行方面实现低碳就成为本届冬奥运从始至终追求的目标之一。

北京冬奥会充分利用了2008年奥运会的场馆，除了既有室内场馆通过节能改造达到绿色建筑二星级标准，所有新建室内场馆全部达到绿色建筑三星级标准。

与依靠自然制冷的室外冰场不同，冬奥会所有冰上项目均在室内举行。室内冰场采用人工制冰方式，可严格控制冰面温度和湿度，为运动员创造公平的比赛环境和挑战极限的基础。

制冰系统原理类似于家庭“地热采暖”，冰面下安置若干制冷管道，通过制冷剂在其中流动换热使冰面降温。因此，选择制冷剂在这过程中至关重要。

从历届冬奥会冰场制冰机来看，主要采用氟利昂等人工合成制冷剂技术或者氨制冷技术，前者具有严重的温室效应问题；后者具有微毒、易燃易爆的特性，有安全隐患。

为此，经过一系列研究、论证，天津大学马一太、田华教授团队在国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项支持下，通过校企合作，研发了国际先进的二氧化碳跨临界直冷制冰技术。

利用这项技术，不仅使场馆碳排放趋近于零，还可以精准控制冰温和冰面软硬度，最大程度减小冰面温差，提高冰面质量，满足不同比赛项目对冰面的要求。

同时，这套系统还考虑热量的回收利用。

一般而言，制冷系统会带走冰层下的热量，实现冰场迅速降温，这部分余热往往直接排到室外环境中。但在新系统中，设计团队应用冷热联供一体化技术，将二氧化碳制冷所产生的高品质热能储存于水箱里，用于冰面维护浇冰、场馆生活热水等，降低了场馆运营能耗。

据测算，与传统制冷方式相比，这套系统综合节能可达到30%以上，能效可以提升20%以上，场馆一年可节省电量约200万度。

制冰有“黑科技”，造雪也有不少新技术。北京冬奥会雪上项目比赛主要设在延庆和崇礼山区，这两个地方降雪较多，技术人员把冰雪融水收集起来，用于造雪。

北京冬奥组委新闻发言人严家蓉说：“我们的人工造雪系统采用了目前世界上最先进的高效节水设备和智能化的造雪系统，能够根据外界环境的动态保持最佳的造雪效率，有效避免了水资源的浪费。”

通过这一个个新突破，以冬奥会为契机，交通、场馆、能源等织起了一张绿色的大网，碳中和的庄严承诺正有效兑现中……

本报记者 王硕

《 人民政协报 》 （ 2022年02月10日 第 05 版）