北京冬奧會正如火如荼地進行。在我們心系運動員精彩表現之余，冬奧會的各項安排其實都滿含深意。

作為我國提出“雙碳”目標后舉辦的重大標志性活動，也是《格拉斯哥氣候公約》等相關協議簽署后的全球首個大型體育賽事，它籌辦、舉辦的全過程都具有標桿意義。

例如，北京、延慶、張家口3大賽區，39個場館，實現了城市綠色電網全覆蓋，賽期全部使用綠色電能，這是奧運史上首次全部場館實現100%綠色電能供應，是奧運史上“零的突破”。

再比如，使用清潔能源的保障車輛占比高達84%，其中氫能源汽車超過1000輛，加氫站超過30個，創造了全球規模最大的氫燃料電池汽車示范運營案例……

數據顯示，利用各種前沿科技，北京冬奧會推出了18項碳減排措施、4項碳中和措施。北京冬奧會將成為首個真正實現“碳中和”目標的奧運會。

除了在大處著眼，北京冬奧會還將“綠色辦奧”理念落實到每一個細微之處，通過一個個蘊含“大科技”的“小心機”，向世界展現了中國的責任與擔當。

微火火炬不簡單

2022年2月4日，美輪美奐、大氣磅礴的北京冬奧會開幕式在鳥巢上演。當最后一棒火炬手將手持火炬插入主火炬中心，直接作為主火炬燃燒器點亮“雪花”的那一刻，很多人心中也許是“意外”的。

北京冬奧會開幕式總導演張藝謀在采訪中表示，從過去熊熊燃燒的大火炬到今天歷史首次微火火炬設計，在傳播綠色環保理念的同時，更要感謝科技的力量。

為了適應綠色奧運、科技奧運理念，這次火炬全部采用氫氣作為燃料。雖然2020年夏季奧運會上，日本已經首次采用了氫為燃料的火炬，但與東京奧運會火炬不一樣的是，我們采用的是高壓儲氫火炬，首次實現了冬奧會歷史上火炬的零碳排放。

氫是一種清潔、零碳排放的燃料，但易燃、易爆、易泄漏，就像一匹“小野馬”總是讓人敬而遠之。選擇氫作為火炬燃料，對科技水平其實是一項考驗。

此次火炬除外觀之外，手持火炬和主火炬系統的設計和制造來自航天科技集團六院11所（京）與101所組成的六院火炬研制團隊。為了讓冬奧會圣火擁有一顆綠色能源“心臟”，研制團隊用兩年時間付出了很多努力。

首先是手持火炬：當燃料確定為氫后，研制團隊開始研判分析各種可能遇到的問題。比如，想在北方冬季嚴酷的室外環境中順利傳遞火炬，確保火種不熄滅，該如何做？如何保證氫在運輸和傳遞的過程中不泄漏？

除了技術方面，研制團隊還要解決藝術問題。比如氫氣沒有顏色，怎么進行焰色反應；火焰不能像火箭發動機一樣噴射而出，要有曲線美感……

2020年9月23日，奧組委召開了閉門會議，確定了手持火炬的造型。火炬以祥云紋樣“打底”，自下而上從祥云紋樣逐漸過渡到剪紙風格的雪花圖案，旋轉上升。

“驚艷，流線型的造型，律動感很強。”回憶第一眼看到火炬外殼時，研制團隊還覺得很贊嘆。但藝術家心中將美展現到極致的同時，也對技術團隊最終實現制造了困難。

此前，在未見到外觀時，研制團隊是以2008年北京夏季奧運會火炬外殼尺寸及造型作為參考進行研發，但新的設計有了新的要求。比如火炬內外飄帶的造型，使得儲氫氣瓶不可能像外形一樣上粗下細，若減少儲氫氣瓶尺寸必然不能滿足氫氣的燃燒用量。

為此，科研人員經過不斷討論、試驗，修改方案，提出精簡閥門外形，優化內部空間外，縮小儲氫氣瓶尺寸，將氣瓶中的壓力由35MPa提升至42MPa。

7MPa壓力差看似很小，但它考驗了閥門的密封技術、降壓技術、火焰穩定技術、可靠性等。

同時，冬奧圣火“飛揚”要批量生產，氣瓶要有一致性，后續要有檢測方法和檢測方案，要求制定新的標準。

正是將這樣的難題一個個突破，我們的氫燃料手持火炬最終可以在10級強風、50mm/h大降雨的侵襲、零下40℃低溫和5000米高海拔等環境下穩定燃燒，真正實現“無懼風雨”。

而且，為了實現火焰的“可視”，研制團隊在出口處安裝了格柵，在格柵表面噴涂堿金屬。這種控制方法可以通過配方和涂裝方法實現不同顏色的火焰，也是研發團隊的創新打造。

給火焰“造型”也是煞費苦心。為了避免火焰狀態呈噴射狀，不安全不可控，研制團隊通過切換閥上面的減壓閥，把氣瓶中的高壓（42MPa：相當于海底4200m的水壓）變成出口處的低壓（1KPa），使火焰產生飄逸的美感。

除了手持火炬，主火炬的設計也有突破。

主火炬采用的是“微火+顯屏”創意形式，利用懸掛在威亞上的執行機構和地面裝置，加上手持火炬在40m高空的360度旋轉，實現了“火”與“舞美”的有機融合。

每一片小雪花、每一個枝頭上都是采用全彩LED直顯屏，每一個發光點的顏色、亮度都是可以獨立控制的，4.8mm的出光點實現了燈光圖案細膩的多彩變化；而且與以往熊熊燃燒的火炬相比，節省了99.9%的能量，體現了低碳環保的理念，也展現了中國人的文化自信。

這樣的設計理念也要求火炬的工作時間從1.5小時延長到8小時，并要保證360度旋轉時高效穩定地燃燒。

為此，設計團隊研發出姿態調節執行機構，就是火炬頂上一個長方形的黑色盒子。它吊掛在威亞小車上，由小車帶著它移動到中心位置，放下鋼絲繩和電纜與火炬相連。通過姿態控制技術，配合地面裝置完成一系列的翻轉、提升和旋轉。這里面還藏著燃料供應系統的氫氣滑環、柔性軟管和撬裝氫氣系統，將氣瓶中的氫氣輸送到火炬中心，并實現氣體的穩定供應。

正是這些技術支持，保障了以氫氣為燃料的火炬完美亮相，在世界人民面前再一次展示了中國的科技實力，向世界廣泛傳播了綠色奧運、科技奧運的理念，并將極大促進我國氫能產業的發展。

“無塑”冬奧中的“小心機”

進入冬奧村后，除了周到的服務，品嘗各種中國美食成了讓運動員們感到最為舒心快樂的事情之一。在琳瑯滿目的食物之外，其實各種餐具也有“小心機”。

本屆北京冬奧會盡可能地減少不可降解一次性塑料制品使用，加快推進新理念、新技術、新產品在北京冬奧會場景應用。

比如各種一次性餐盒、刀、叉、勺以及注塑類托盤、筷子、吸管等都是采用一種叫作聚乳酸（PLA）的生物材料制成的。

作為本屆冬奧會官方生物可降解餐具供應商，也是我國唯一掌握聚乳酸全產業鏈核心技術的公司，安徽豐原生物技術股份有限公司為冬奧會提供了3000多萬件(套)可降解餐具。

豐原生物相關負責人告訴記者，與傳統的石油基制造的塑料垃圾在自然條件下降解需要數百年，給生態環境安全帶來嚴重隱患不同；聚乳酸是以玉米、木薯、秸稈等農作物或農林廢棄物為原料，經現代生物發酵技術制成的。焚燒時不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。在堆肥條件下，可在半年內經微生物作用降解為二氧化碳和水。與其他塑料制品相比，這些生物基可降解餐具更易實現回收和循環利用，還不會產生塑料微顆粒危害人類及其他生物健康；而且，從原材料到聚合物生產過程的碳排放是石油基材料的1/3左右。

除了餐具，北京冬奧會還用上了中國石化生產的可降解塑料袋。與傳統塑料相比，這些塑料袋以儀征化纖生產的石油基可降解材料（PBAT）制作而成，不但具有較好的熱穩定性、力學性能，同時在堆肥條件下能夠降解為水和二氧化碳。

制服裝備同樣貫徹著可持續發展理念。據了解，供北京冬奧會和冬殘奧會工作人員、技術官員及志愿者使用的裝備收納包所使用的紗線，是回收利用廢舊塑料制品生產的環保紗線；包裝袋采用生物可降解材料制成，180天降解率可達90%以上。

就連新型奧運版復興號智能動車組上，內裝也全部采用了環保可降解材料，可降解率能夠達到50%以上，可回收率達到了75%以上。

業界認為，北京冬奧會上這些可降解材料只是個開始。借此東風，未來這些生物材料將成為工業文明向生態文明轉變，走向可持續發展的重要選項。

低碳制冰新突破

在所有的碳排放源當中，場館的建設和運行所產生的溫室氣體排放量超過整個碳排量的1/3。因此，在場館建設和運行方面實現低碳就成為本屆冬奧運從始至終追求的目標之一。

北京冬奧會充分利用了2008年奧運會的場館，除了既有室內場館通過節能改造達到綠色建筑二星級標準，所有新建室內場館全部達到綠色建筑三星級標準。

與依靠自然制冷的室外冰場不同，冬奧會所有冰上項目均在室內舉行。室內冰場采用人工制冰方式，可嚴格控制冰面溫度和濕度，為運動員創造公平的比賽環境和挑戰極限的基礎。

制冰系統原理類似于家庭“地熱采暖”，冰面下安置若干制冷管道，通過制冷劑在其中流動換熱使冰面降溫。因此，選擇制冷劑在這過程中至關重要。

從歷屆冬奧會冰場制冰機來看，主要采用氟利昂等人工合成制冷劑技術或者氨制冷技術，前者具有嚴重的溫室效應問題；后者具有微毒、易燃易爆的特性，有安全隱患。

為此，經過一系列研究、論證，天津大學馬一太、田華教授團隊在國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項支持下，通過校企合作，研發了國際先進的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術。

利用這項技術，不僅使場館碳排放趨近于零，還可以精準控制冰溫和冰面軟硬度，最大程度減小冰面溫差，提高冰面質量，滿足不同比賽項目對冰面的要求。

同時，這套系統還考慮熱量的回收利用。

一般而言，制冷系統會帶走冰層下的熱量，實現冰場迅速降溫，這部分余熱往往直接排到室外環境中。但在新系統中，設計團隊應用冷熱聯供一體化技術，將二氧化碳制冷所產生的高品質熱能儲存于水箱里，用于冰面維護澆冰、場館生活熱水等，降低了場館運營能耗。

據測算，與傳統制冷方式相比，這套系統綜合節能可達到30%以上，能效可以提升20%以上，場館一年可節省電量約200萬度。

制冰有“黑科技”，造雪也有不少新技術。北京冬奧會雪上項目比賽主要設在延慶和崇禮山區，這兩個地方降雪較多，技術人員把冰雪融水收集起來，用于造雪。

北京冬奧組委新聞發言人嚴家蓉說：“我們的人工造雪系統采用了目前世界上最先進的高效節水設備和智能化的造雪系統，能夠根據外界環境的動態保持最佳的造雪效率，有效避免了水資源的浪費。”

通過這一個個新突破，以冬奧會為契機，交通、場館、能源等織起了一張綠色的大網，碳中和的莊嚴承諾正有效兌現中……