医药化学品的生产对保障人民健康发挥了重要作用，但传统生产过程存在污染排放量大、效率不高等问题，医药化学品的绿色生物制造是实现人类社会可持续发展的重要路径，高效细胞工厂是实现绿色生物制造的核心，并将极大地推动生物经济的发展。本报告介绍了现阶段细胞工厂构建存在的科学、技术问题及挑战，从酶的新功能发现及应用、非天然途径设计构建、驱动力强化细胞工厂合成能力、稳定自调控共培养系统构建及群体感应调控原理及应用等角度阐述了高效细胞工厂构建的新技术及策略，并通过三七素、对乙酰氨基酚等细胞工厂的构建及熊果苷等产品的工业应用实例展现了合成生物学的无限潜力，为医药化学品绿色生物制造提供了参考。

离子液体为化工过程绿色化、低碳化提供了新机遇，是最具应用潜力的科技创新增长点之一。研究组以离子液体绿色介质和材料为核心，以气体分离和高效转化等过程节能减排为目标，构建了离子液体分子热力学-流动传递-系统集成的跨尺度研发体系，取得如下成果：1）发现了离子液体特殊结构和多重作用所形成独特的“离子微环境”的科学本质，揭示了其对热力学性质和流动-传递规律的影响机制；开发了基于量化参数的离子片热力学预测模型及软件，填补了商用软件空白；提出了考虑多因素的离子液体设计新方法，形成了化工反应和分离过程的共性科学基础；2）提出了阴阳离子功能位点靶向作用与纳微界面传质速率协同强化的分离新策略，突破了气体小分子精准识别、结构相似物分离、高粘液体传质及流动等难题，发明了离子液膜强化的关键装备及离子液体原位再生绿色分离新技术，成功用于碳捕集、氨分离等工业过程；3）提出了离子液体介导的高能环氧分子诱导CO2温和活化新途径，及电场作用下CO2转化新机制，突破了气泡分布-界面传质-多反应路径精准匹配难题，开发了离子微环境协同催化CO2反应器及电催化电解新器件等技术，建成了多套工业装置。上述研究形成了离子液体工业应用的系统理论和方法，推动了离子液体在低碳绿色变革技术发展。

我国钢铁工业年碳排放约18亿吨，其中85%以上由炼铁工序排放，因此，炼铁技术超低碳变革对我国“双碳”目标的实现至关重要。绿氢直接还原炼铁和绿电电解炼铁是超低碳炼铁的两个重要发展方向，但都尚面临着巨大的技术及经济挑战。氢气直接还原炼铁虽有工业化应用实践，但因成本高、无法与高炉炼铁竞争而未能推广应用，本报告将分析进一步提高效率、降低成本背后所需解决的关键科学和技术问题，探究突破上述关键问题的可能途径，介绍本研究团队的应对实践。基于未来以可再生能源为主的能源系统场景，提出绿电柔性电解炼铁理念，介绍报告人开拓的绿电柔性电解铁-铁储能新方向，对稳定电解炼铁与柔性电解炼铁经济性进行对比分析，简述本团队在绿电柔性炼铁研发方面的初步进展，进一步提出铁能源概念，分析铁燃烧释热发电、铁空气电池发电、铁与H2O反应制氢、铁与CO2反应固碳的同时制备CO等释能途径，展望柔性电解炼铁作为间歇电力消纳、储能和铁作为能源介质的发展前景，为我国未来钢铁工业超低碳重塑提供参考。