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2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和（以下簡稱“雙碳”），是我國的重大戰略決策。實施“雙碳”戰略是破解資源環境約束、實現高質量可持續發展的必由之路，也是應對世界大變局、構建人類命運共同體、促進人與自然和諧共生的必然選擇。
實現“雙碳”目標，需要變革傳統的經濟社會發展模式，促進能源結構和經濟結構的轉型升級；需要轉變發展理念，立足國情，先立后破，穩中求進，科學理性，依靠科技進步，穩步建立經濟社會綠色發展的新格局。
實施“雙碳”戰略，將引發廣泛而深刻的系統變革，在最大化發展和最小化排放兩個臨界點之間實現各要素全方位平衡和協調；需要處理好發展和減排、整體和局部、長遠目標和短期目標、政府和市場四個基本關系；需要厘清氣候-生態系統、能源結構、產業結構、科技發展和社會經濟等多要素互動的復雜網絡關系，優化“雙碳”戰略布局，重塑自然-社會-經濟系統的相互關系，提高“雙碳”目標與經濟社會發展目標的協調優化能力。
實施“雙碳”戰略，迫切需要自然科學、技術、人文社會科學的綜合支撐。其中，當前面臨的基礎科學挑戰與關鍵技術瓶頸主要體現在圖1所示的六個方面：具有頂層戰略意義的“雙碳”路徑選擇和優化；支撐頂層戰略的政策與管理體系構建；支撐戰略決策和行動計劃的科學原理與科學數據；具有核心地位的能源結構重塑；基于新型能源體系的產業結構重構；適應能源結構轉型和產業結構調整的生態環境優化。
為應對以上挑戰，國家自然科學基金委員會在前期布局的基礎上，特制定《“雙碳”基礎研究指導綱要》，旨在加強上述六方面的基礎研究（圖1），為優化完善“雙碳”戰略路徑、全面實現“雙碳”戰略目標提供基礎性、前瞻性和引領性的科技支撐。
《“雙碳”基礎研究指導綱要》是國家自然科學基金委員會組織相關領域專家進行廣泛調研、深入研討完成的，旨在統籌全委前期和未來的資助布局，引導各科學部深入凝練關鍵科學問題，科學遴選優先資助方向，著力促進多學科交叉和研究范式變革，為今后的項目資助提供方向性指導。該指導綱要也可能會隨著環境目標的推進和技術路徑的發展有所變化和調整。
能源結構重塑方面：
一、總體目標：
圍繞清潔低碳安全高效能源體系的構建和優化等關鍵科學問題，突破可再生能源規模發展、核電安全高效利用、智能電網調控、各類儲能等關鍵技術背后的基礎科學瓶頸，研發支持可再生能源發展的能量儲存和轉換特性的材料與器件，支撐從化石能源為主向可再生能源為主的能源結構轉型。
二、重點領域與優先方向：
（1）可再生能源的高效利用：光伏、風電等清潔能源高效生產及大規模并網構建的理論與技術；濾儲、電網智能高效調控體系構建；多能互補模塊化體系構建；多能多附加值利用原理；地熱資源高效利用原理等。
（2）核電共性關鍵技術：低品位核資源開采理論與技術；高性價比核安全體系構建；利用可控高反應性快中子干式核嬗變-增殖-產能的可調燃燒機制；核燃料全閉環循環體系構建；抗快中子輻照材料研制；可控熱核聚變機制；高效熱發電原理等。
（3）氫能等二次能源與低碳化工協同體系構建：化石能源低碳高效制氫原理；氫能“制儲輸用”一體化產業體系構建及關鍵材料研制；高效經濟的氫燃料電池的過程機理；高值流程制造業體系構建等。
（4）電網調控及儲能配套理論：水力智能電網調控原理；水電快速啟動、經濟長壽固定電池機理；間歇性可再生能源智慧調配機制；電熱氫多源儲能系統構建理論；新型電力系統實現途徑等。
（5）移動儲能電源及交通應用：移動電池的高效安全利用原理；鋰資源高效開采理論；高效儲能材料研制；高效相變儲熱材料研制等。
（6）能源資源綜合開發與固碳：陸相油氣等能源資源高效勘探開發原理；煤炭清潔化利用機制；二氧化碳高效驅油機制；地質碳捕獲與碳封存原理；水電資源綜合開發原理等。
（7）碳中和能源結構動態優化：重大變革性技術預判；能源革命關鍵技術評估；轉型風險評估與關鍵環節優化等。