生物質(zhì)廢棄物“魔法師”

宋潔

陳冠益，博士，教授，天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)，教育部長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授?，F(xiàn)為中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)生物基油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、天津市生物質(zhì)燃?xì)馊加图夹g(shù)工程中心主任。2005年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃、獲得霍英東教育基金會(huì)優(yōu)秀青年教師基金，2011年入選天津市“131”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程第一層次，2012年獲得國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，2013年獲得寶鋼教育基金會(huì)優(yōu)秀教師獎(jiǎng)，2014年獲得長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授稱號(hào)。

主要研究領(lǐng)域?yàn)樯镔|(zhì)能高效利用技術(shù)與理論。圍繞生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程，系統(tǒng)開展了生物質(zhì)超分子結(jié)構(gòu)解聚機(jī)理、分級(jí)熱解氣化過(guò)程模擬、參數(shù)優(yōu)化、焦油活性準(zhǔn)則界定與釋放機(jī)制的研究，解析了生物質(zhì)燃?xì)饣鹧娼Y(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性對(duì)后續(xù)燃燒的影響；創(chuàng)新提出磁性整體細(xì)胞催化體系制備生物柴油工藝、生物質(zhì)全組分轉(zhuǎn)化制備生物燃油，揭示了霧化甘油對(duì)生物質(zhì)熱解氣化的促進(jìn)作用機(jī)理、提高轉(zhuǎn)化率、燃油收率和品質(zhì)。

獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，高等學(xué)校科學(xué)研究科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，天津市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)，環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；2010年獲天津青年五四獎(jiǎng)?wù)路Q號(hào)，2009年獲天津市改革開放30周年優(yōu)秀留學(xué)回國(guó)人員稱號(hào)；2015年獲天津市中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才稱號(hào)等。

專家簡(jiǎn)介：

“月亮在白蓮花般的云朵里穿行，晚風(fēng)吹來(lái)一陣陣快樂(lè)的歌聲，我們坐在高高的谷堆旁邊，聽(tīng)媽媽講那過(guò)去的事情?！痹谠S多人的兒時(shí)記憶中，農(nóng)田中高高的谷堆里有著揮之不去的一抹鄉(xiāng)愁。然而如今，這飽含鄉(xiāng)愁的谷堆所產(chǎn)生的大量秸稈卻成為空氣污染的一大元兇。

據(jù)悉，我國(guó)每年產(chǎn)生農(nóng)林廢棄物約12億噸，除還田、飼料等用途，仍有超過(guò)50%露天焚燒，導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染和能量浪費(fèi)。天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)陳冠益作為土生土長(zhǎng)的農(nóng)村娃，從小目睹了生物質(zhì)廢棄物焚燒給環(huán)境以及人們生活帶來(lái)的巨大影響，能夠成為一名“變廢為寶”的“魔法師”是他從小的夢(mèng)想。于是，他在生物質(zhì)廢棄物資源化領(lǐng)域鉆研20余年，如今已在這一領(lǐng)域栽培下一片環(huán)保、節(jié)能的綠蔭。

結(jié)緣生物質(zhì)廢棄物

炊煙中的記憶

1970年6月，陳冠益出生在江西省玉山縣巖瑞鎮(zhèn)宅前村徐村塢小組，一個(gè)尚屬偏僻的小鄉(xiāng)村。那里水源充足，卻季節(jié)不均，通過(guò)鄉(xiāng)親們的勤勞作業(yè)，算得上是富產(chǎn)水稻之鄉(xiāng)。

在陳冠益的記憶中，家鄉(xiāng)稻米的口感一般，但是秸稈頗多。小時(shí)候，每家每戶都會(huì)用稻稈作為燃料來(lái)炊事做飯，濃濃的黑煙與母親偶爾的咳嗽聲給兒時(shí)的陳冠益留下了深刻的印象。小時(shí)候，他的腦中便時(shí)常閃現(xiàn)念頭：能否把稻稈燒得干凈些、讓火苗再旺些？

隨著生活水平的提高，商品煤、燃?xì)狻⒚簹?、液化氣的使用日益廣泛，人們對(duì)秸稈燃料的粗放式需求大大下降。同時(shí)由于秸稈集中收集處理的成本高，機(jī)械收割留茬較高，會(huì)影響下一季農(nóng)作物的播種，因此村民普遍選擇露天焚燒秸稈，既對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，也帶來(lái)了一系列社會(huì)問(wèn)題。

出于對(duì)農(nóng)村的熱愛(ài)以及兒時(shí)的那份執(zhí)著，陳冠益對(duì)生物質(zhì)廢棄物的能源利用產(chǎn)生了濃厚的興趣，并走上了致力于村鎮(zhèn)生物質(zhì)廢棄物利用與環(huán)境保護(hù)的科研道路。1992年，年僅22歲的陳冠益進(jìn)入浙江大學(xué)，拉開了碩士與博士學(xué)習(xí)的序幕。從1994開始，在導(dǎo)師岑可法院士的超前學(xué)術(shù)引領(lǐng)和諄諄教導(dǎo)下，陳冠益在浙江大學(xué)熱能工程研究所開啟了生物質(zhì)廢棄物利用的研究旅程。呼應(yīng)兒時(shí)的絲絲靈感，陳冠益開始對(duì)秸稈熱解技術(shù)進(jìn)行研究，之后又對(duì)秸稈氣化技術(shù)進(jìn)行研究。

1998年博士畢業(yè)后，陳冠益選擇去香港大學(xué)機(jī)械工程系做博士后，開展了地溝油利用與生物柴油技術(shù)的研究，并對(duì)地溝油的利用進(jìn)行了一系列車用評(píng)估研究。1999年?2003年，在家鄉(xiāng)情結(jié)和為理想奮斗的驅(qū)使下，陳冠益遠(yuǎn)赴荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft），成為高級(jí)研究人員，繼續(xù)從事生物質(zhì)氣化等能源化利用技術(shù)的研究，并最終為解決傳統(tǒng)的農(nóng)林廢棄物氣化技術(shù)面臨的困境，開發(fā)設(shè)計(jì)出兩段式可控循環(huán)流化床氣化技術(shù)，使生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂碉@著提高，焦油濃度得到一定控制。

十余載攻堅(jiān)克難

廢物變寶物

2003年，陳冠益回國(guó)，并在天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院任教授一職，至今一直執(zhí)著于生物質(zhì)熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、生活垃圾能量高效利用與污染控制研究。十余年耕耘，陳冠益在這一領(lǐng)域打下了堅(jiān)實(shí)的科研基礎(chǔ)，也為后續(xù)成果的誕生鋪墊了成功之路。

能源與環(huán)境問(wèn)題屬于國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的兩大戰(zhàn)略問(wèn)題?！笆濉蹦酥痢笆濉逼陂g，我國(guó)的一項(xiàng)重要任務(wù)都是培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其中包括以生物質(zhì)廢棄物為原料的生物質(zhì)能源等。

生物質(zhì)廢棄物是人類在利用生物質(zhì)的過(guò)程中生產(chǎn)和消費(fèi)產(chǎn)生的廢棄物，包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、生活廢棄物、工業(yè)廢棄物等。目前我國(guó)可收集利用的生物質(zhì)資源總量巨大，每年約為10億噸，其中可收集作為能源和資源的秸稈每年約為4億多噸。

為減少生物質(zhì)廢棄物利用不當(dāng)對(duì)環(huán)境造成的污染，回收寶貴的能量和資源，人們加大對(duì)生物質(zhì)廢棄物能源化的研究和利用，并由此獲得一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)而長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)下去。目前生物質(zhì)廢棄物資源的利用技術(shù)主要包括燃?xì)饣眉夹g(shù)、燃油化利用技術(shù)、發(fā)電供熱利用技術(shù)、燃料化利用技術(shù)、肥料化利用技術(shù)、建材化利用技術(shù)、高值化利用技術(shù)等。雖然我國(guó)在生物質(zhì)廢棄物資源化技術(shù)的開發(fā)利用方面取得了一些成績(jī)，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)還有很大的差距，在技術(shù)和推廣層面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)需要與應(yīng)用。

陳冠益說(shuō)，我國(guó)生物質(zhì)廢棄物的能源化開發(fā)需要依靠科技進(jìn)步。將生物質(zhì)資源進(jìn)行多聯(lián)產(chǎn)開發(fā)利用，提高能量回收效率和資源利用率，同時(shí)使整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和環(huán)境友好，從而實(shí)現(xiàn)增值，反哺生物柴油、燃料乙醇及生物質(zhì)燃?xì)獾饶茉串a(chǎn)品的開發(fā)，是發(fā)展趨勢(shì)。

2016年1月8日，捷報(bào)傳來(lái)，天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院陳冠益團(tuán)隊(duì)聯(lián)合其他6家單位開展的“農(nóng)林廢棄物清潔熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)與裝備”研究成果在北京人民大會(huì)堂召開的2015年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。這項(xiàng)歷經(jīng)十多年、先后得到國(guó)家科技部“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃、農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化和國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部項(xiàng)目、天津市項(xiàng)目等資助的科研成果也得到了國(guó)際專家的高度評(píng)價(jià)。endprint

陳冠益說(shuō)：“該獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的關(guān)鍵詞可歸納為‘清潔‘高效‘多聯(lián)產(chǎn)。”據(jù)他介紹，生物質(zhì)廢棄物在轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生黑乎乎的焦油，導(dǎo)致二次污染，如含焦油和雜質(zhì)的廢水。該項(xiàng)目在秸稈氣化爐中使焦油降低了85%以上，剩余的少量焦油，再由氣化爐后的凈化裝置做進(jìn)一步分離收集處理，對(duì)環(huán)境更友好。

陳冠益介紹，首先，項(xiàng)目相應(yīng)的凈化裝置性能穩(wěn)定，可操作性好，且經(jīng)濟(jì)成本低，讓用戶“用得起”。其次，該項(xiàng)目使農(nóng)林廢棄物盡可能地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，提高了資源和能源轉(zhuǎn)化效率。再次，該項(xiàng)目能聯(lián)產(chǎn)多種產(chǎn)物，生物質(zhì)經(jīng)熱解氣化后主要成為燃?xì)猓瑥U渣可成為生態(tài)肥，液體可提煉成燃油，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。這一成果使諸如秸稈、玉米芯等農(nóng)業(yè)廢棄物，包括樹枝、木屑、家具刨花等林業(yè)廢棄物以及酒糟、藥渣等工業(yè)廢棄物，乃至村鎮(zhèn)生活垃圾，都可以經(jīng)過(guò)“熱解氣化”而變廢為寶。

該成果已在全國(guó)部分省市進(jìn)行了推廣應(yīng)用，建成了一批示范工程，用戶群主要為農(nóng)民和企業(yè)，燃?xì)饪捎糜诩彝プ鲲垺⑵髽I(yè)供熱等，項(xiàng)目累計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值約10余億元，累計(jì)利用農(nóng)林廢棄物800多萬(wàn)噸，顯著改善了農(nóng)村當(dāng)?shù)丨h(huán)境，促進(jìn)了村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)生了巨大效益。

回首十余年攻關(guān)歷程，陳冠益說(shuō)，要感謝很多老師和朋友的幫助，特別感激自己的導(dǎo)師岑可法院士，是岑可法院士富有預(yù)見(jiàn)性的學(xué)術(shù)指引，將自己引導(dǎo)到從小就有情結(jié)的生物質(zhì)廢棄物利用研究的道路上，他才有了今天的成績(jī)。

此外，這項(xiàng)重要成果的取得背后有一支優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)在支持。生物質(zhì)廢棄物的轉(zhuǎn)化利用和技術(shù)開發(fā)，需要多學(xué)科交叉協(xié)同的創(chuàng)新努力，因此陳冠益一直很注重團(tuán)隊(duì)建設(shè)，有意識(shí)從學(xué)科背景互補(bǔ)、年齡性別優(yōu)化、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神等方面強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)建設(shè)。目前，團(tuán)隊(duì)的專業(yè)背景涉及熱能、環(huán)境、生物、化工、材料等領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)熱解—?dú)饣夹g(shù)、工程咨詢、工藝優(yōu)化、裝備開發(fā)等方面具有扎實(shí)的實(shí)力與經(jīng)驗(yàn)，可為我國(guó)這方面的技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣做出貢獻(xiàn)。

此外，團(tuán)隊(duì)的文體活動(dòng)也很豐富，陳冠益經(jīng)常強(qiáng)調(diào)，好的身體素質(zhì)是實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀研究的重要保障。團(tuán)隊(duì)老師和學(xué)生在緊張的研究學(xué)習(xí)之余得到放松，同時(shí)更增加了團(tuán)隊(duì)凝聚力，漸漸地，團(tuán)隊(duì)成為一個(gè)敬業(yè)、團(tuán)結(jié)、愉快的團(tuán)隊(duì)，能夠取得如此豐碩的成果與這些因素密不可分。

二十載專注教研

永恒的責(zé)任

從孩提時(shí)代對(duì)利用秸稈燃燒炊事做飯充滿好奇，少年時(shí)代羨慕用液化氣做飯，成長(zhǎng)時(shí)代哀嘆用管道燃?xì)庾鲲埖倪b不可及，教授時(shí)代悲嘆秸稈露天焚燒的浪費(fèi)和污染，陳冠益的人生和秸稈等生物質(zhì)廢棄物結(jié)下了不解之緣。

2003年回國(guó)后，陳冠益進(jìn)入天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，更加全身心地投入到生物質(zhì)廢棄物能源化和資源化的科研教學(xué)中。由于平時(shí)行政工作很忙，他只能加班加點(diǎn)對(duì)學(xué)術(shù)進(jìn)行不懈地研究。學(xué)生們說(shuō)晚上回寢室時(shí)，經(jīng)?？吹皆洪L(zhǎng)辦公室的燈還亮著。

出于對(duì)學(xué)術(shù)研究的敬畏，陳冠益對(duì)實(shí)驗(yàn)研究、撰寫研究論文格外精益求精，不敢有一絲一毫的夸大和松懈。他說(shuō)：“雖然繁多的工作有時(shí)候壓得我喘不過(guò)氣來(lái)，但是只要能科學(xué)地分配時(shí)間，我還是能夠勝任的，我也很享受這樣的工作。”

近年來(lái)，陳冠益一直致力于生物質(zhì)廢棄物的清潔高效利用技術(shù)與理論研究，先后負(fù)責(zé)了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、國(guó)際合作項(xiàng)目，科技部重大基礎(chǔ)研究專項(xiàng)前期研究項(xiàng)目、“863”“973”及支撐計(jì)劃課題、霍英東優(yōu)秀青年教師基金項(xiàng)目、教育部基金項(xiàng)目、天津市科技項(xiàng)目、中荷政府合作項(xiàng)目、歐盟研究項(xiàng)目等。

他先后入選教育部長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授、國(guó)務(wù)院政府特殊津貼、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才資助計(jì)劃、天津市“131”創(chuàng)新型人才工程第一層次，獲得天津市改革開放30周年優(yōu)秀留學(xué)回國(guó)人員稱號(hào)；獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、天津市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、教育部和環(huán)保部科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

依托上述研究項(xiàng)目，陳冠益潛心研究，鉆研教學(xué)，把研究的成果融入教學(xué)，把教學(xué)方法融入研究團(tuán)隊(duì)，獲得國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、天津市教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，入選寶鋼教育基金會(huì)優(yōu)秀教師，負(fù)責(zé)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)成為天津市優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

近年來(lái)，陳冠益發(fā)表學(xué)術(shù)論文累計(jì)150余篇，包括在行業(yè)內(nèi)有影響力的SCI收錄期刊論文近50篇，申請(qǐng)與授權(quán)專利近30項(xiàng)（含國(guó)際專利），出版專著5部。此外，他多次做教學(xué)改革報(bào)告，發(fā)表教育教學(xué)論文。在科研與教學(xué)的路上，陳冠益始終堅(jiān)持教研相長(zhǎng)，不偏廢其一，這種態(tài)度也讓他誕生了更多新的思路與火花。

作為我國(guó)生物質(zhì)廢棄物利用研究的代表和中青年科技領(lǐng)軍人才，陳冠益說(shuō)，他是出生于農(nóng)村的孩子，對(duì)于農(nóng)村與城鎮(zhèn)的生物質(zhì)廢棄物利用與環(huán)境保護(hù)的責(zé)任感一直在驅(qū)使他、鞭策他，使他加倍努力，同時(shí)也清醒認(rèn)識(shí)到，當(dāng)前的生物質(zhì)廢棄物利用技術(shù)研究還有很多問(wèn)題需要攻堅(jiān)克難。因此，他希望生物質(zhì)廢棄物利用研究的人才隊(duì)伍越來(lái)越強(qiáng)大，希望相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化人才脫穎而出，為解決國(guó)家的重大需求、提高環(huán)境質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

近年來(lái)，考慮到偏遠(yuǎn)地區(qū)，尤其西藏地區(qū)的艱苦性、復(fù)雜性和高原氣候特殊性，人才更加短缺，更難以吸引人才，陳冠益毅然接受了西藏大學(xué)的邀請(qǐng)，背著一份沉甸甸的責(zé)任，結(jié)合天津大學(xué)的優(yōu)勢(shì)，與西藏大學(xué)共建一支研究和教學(xué)團(tuán)隊(duì)，為西藏地區(qū)的固體廢棄物污染控制與資源化利用、牧區(qū)生活環(huán)境質(zhì)量改善等開啟新的學(xué)術(shù)旅程。

“農(nóng)村出生，農(nóng)村成長(zhǎng)，我對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物充滿了感情。研究農(nóng)村廢棄物利用，開拓村鎮(zhèn)清潔能源，將是我心中永恒的責(zé)任。”將人生全部交付給生物質(zhì)廢棄物利用研究的陳冠益不知疲倦地在科研路上奔忙，哪里需要他，他便出現(xiàn)在哪里，在這份事業(yè)中，他快樂(lè)地耕耘著，也不斷將希望播撒向他最熱愛(ài)的土地。endprint