劉玉杰

生于江蘇江陰，輾轉(zhuǎn)武漢、多倫多、墨爾本，為實現(xiàn)能源的“變綠”，在能源化工和潔凈技術(shù)領(lǐng)域孜孜以求綠色高效發(fā)展之路;

在加拿大Cestoil化學公司、澳大利亞莫納什大學致力于能源熱化學轉(zhuǎn)化研究，為熱解與氣化過程的反應(yīng)機制、演化機理、遷移特性尋找密碼;

獲得澳大利亞BCIA優(yōu)秀獎勵，成功入選澳大利亞Postgraduate Publication Award（PPA獎勵），其研究成果受到國際廣泛關(guān)注，多項成果受到美國、英國、韓國、日本等國家和地區(qū)的同行專家肯定。

他就是許濤，就職于西安科技大學，目前擔任美國化工學會高級會員、國際燃燒學會會員、國際石油工程學會會員、澳大利亞工程師協(xié)會會員。十余年來輾轉(zhuǎn)各地求索，許濤只為圓一個能源綠色化的夢，如今，他把這個夢想安放在了祖國的大地上。

結(jié)緣環(huán)境工程

許濤與環(huán)境打交道，始于21世紀初。那時候，他在華中科技大學環(huán)境工程專業(yè)攻讀學士和碩士學位。選擇環(huán)境工程，他的想法是“到祖國最需要的地方做點有意義的事”。

21世紀初，中國處于高速發(fā)展期。但是，傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展方式帶來的生態(tài)問題越來越嚴重。高耗能、高污染，不僅消耗了大量的能源和資源，而且給經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。在走向生態(tài)文明的過程中，綠色發(fā)展作為生態(tài)文明建設(shè)的模式，成為引領(lǐng)人類社會發(fā)展方式變革的方向。

許濤希望通過自己所學，為能源變綠作一點力所能及的貢獻。所以，在高考志愿填報書上，他堅定地選擇了環(huán)境工程專業(yè)。從此，許濤走上了綠色能源的探索之路。“綠色發(fā)展在經(jīng)濟領(lǐng)域表現(xiàn)為綠色經(jīng)濟。它的一個重要特征，就是資源與環(huán)境是生產(chǎn)力發(fā)展的要素，必須把自然資源的價值和污染治理、生態(tài)恢復(fù)的成本納入GDP和國民財富核算。同時，綠色發(fā)展也不能單純追求生態(tài)而付出其他方面的極大代價，應(yīng)該實現(xiàn)經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的有機統(tǒng)一?！痹S濤娓娓道來。

在具體研究過程中，許濤的著力點是通過熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，實現(xiàn)能源的清潔、高效利用。許濤介紹：“這一技術(shù)，將含碳燃料，包括煤炭、生物質(zhì)、塑料等，通過加熱轉(zhuǎn)化成相關(guān)的燃氣，如甲烷、一氧化碳、氫氣等，或轉(zhuǎn)化為相關(guān)的燃料液體，如汽油等。在此基礎(chǔ)上，還可以通過深加工轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品，如二甲醚、塑料乙烯、己二腈及其他可替代能源等?！痹谶@一領(lǐng)域，許濤的研究主攻方向：一是在熱化學轉(zhuǎn)化領(lǐng)域關(guān)注生物質(zhì)燃料，如秸稈、鋸屑等，研究如何將其轉(zhuǎn)化為清潔燃料和高價值的化學品;二是低階煤的深加工，如制油等。許濤舉例說，“煤氣供熱，就是利用熱化學轉(zhuǎn)化技術(shù)，把煤炭轉(zhuǎn)化成富含一氧化碳和甲烷的燃氣。含碳燃料，如生物質(zhì)、固廢、秸稈等，利用熱化學技術(shù)轉(zhuǎn)化成燃氣、化學品、油品等，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的綠色利用”。

十多年來，許濤輾轉(zhuǎn)中國、加拿大、澳大利亞等地，在世界知名大學實驗室致力于煤與生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化研究，主持了澳大利亞褐煤創(chuàng)新組織研究項目、加拿大Cestoil公司研究項目、澳大利亞同步輻射加速器研究項目等，還參與了澳大利亞同步輻射加速器研究項目、國家原“863”計劃、國家自然科學基金面上項目、湖北省自然科學基金重點項目等相關(guān)科研課題十余項，他在一線積累的扎實經(jīng)驗為后期厚積薄發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。

深耕熱轉(zhuǎn)化技術(shù)

褐煤，又名柴煤，是煤化程度低的礦產(chǎn)煤。它介于泥炭與瀝青煤之間，水分高達15%～60%，揮發(fā)成分大于40%，含游離腐植酸。在空氣中，它極易風化碎裂，燃點低至270℃左右，儲存超過兩個月就易發(fā)火自燃。因此，它的市場利用程度很有限。

辯證統(tǒng)一是事物的特性。褐煤也不例外。在澳大利亞維多利亞州，褐煤資源極其豐富。為了解決單純?nèi)紵l(fā)電帶來的環(huán)境污染和資源浪費問題，維多利亞成立了褐煤創(chuàng)新研究中心。許濤在澳大利亞所做的事，就是跟隨莫納什大學的導(dǎo)師，為褐煤的清潔利用尋找可持續(xù)發(fā)展路徑。

“低階煤的利用與轉(zhuǎn)化，就是將褐煤通過熱化學過程如氣化，轉(zhuǎn)化為更高價值的清潔能源”，許濤喜歡用極簡方式講述他的研究。在莫納什大學化工系研究期間，許濤正是遵循這樣一條路徑進行探索的。他將研究重點定位在1000℃～1400℃條件下褐煤的氣流床氣化特性，尤其是顆粒運動模式、溫度、反應(yīng)氣濃度和停留時間對碳轉(zhuǎn)化率、合成氣產(chǎn)量和組成的影響。

氣化過程是熱化學轉(zhuǎn)化最關(guān)鍵的過程之一。許濤從研究高溫氣流床的氣化過程入手，研究褐煤的綠色利用。他設(shè)計了比較的方法：通過對比兩種不同的氣化方式，許濤首次定量分析出氣流床氣化過程中各化學反應(yīng)對最終氣化產(chǎn)物與氣化效率的具體貢獻;通過對比中國、澳大利亞、美國等世界三大主流褐煤的氣流床煤粉氣化特性，發(fā)現(xiàn)3個國家的褐煤在1200℃都能達到很高的碳轉(zhuǎn)化率，澳大利亞褐煤在氣化過程中釋放了最少的HCN、NH3和H2S，而美國與中國褐煤分別釋放了最多的NH3和H2S。這項研究為中國、美國與澳大利亞褐煤的大型工業(yè)化氣化生產(chǎn)提供了有用數(shù)據(jù)，也為設(shè)計國際通用化，尤其是能適應(yīng)不同國家煤種的商業(yè)化氣化系統(tǒng)提供了有利依據(jù)。

第二項重點研究是低階煤熱解與氣化過程中無機礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)變與顆粒物化特性的變化?！斑@涉及對氣流床氣化過程中無機物反應(yīng)規(guī)律的理解，”許濤解釋，“對了解褐煤礦物質(zhì)遷移與轉(zhuǎn)化過程具有重要價值?！毖芯窟^程中，許濤對不同溫度下熱解與氣化產(chǎn)生的固體產(chǎn)物進行了定性與定量分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低階煤里的無機礦物質(zhì)主要在1000℃～1400℃的高溫條件下發(fā)生轉(zhuǎn)變反應(yīng)，揭示了氣流床褐煤熱解與氣化過程中，無機礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)途徑與顆粒物化特性的變遷規(guī)律。這一研究成果，得到了美國肯塔基大學應(yīng)用能源研究中心教授的充分肯定。

此外，為了深入理解煤熱解過程，提高褐煤的利用效率。許濤還選擇官能團進行解剖式研究?！肮倌軋F是決定有機化合物化學性質(zhì)的原子或原子團，對有機物的性質(zhì)起決定作用?！痹S濤認為在熱解過程中，官能團起重要作用。他利用同步加速器原位紅外色譜，研究低階煤熱解過程中官能團的遷移釋放規(guī)律。澳大利亞技術(shù)與工程學院院士Ranjith Pathegama Gamage教授在Fuel期刊上對許濤的研究成果高度認同，指出其“為分析檢測熱解過程提供了新方法和新工具，也為熱解過程的研究提供了新思路”。

通過褐煤的綠色發(fā)展研究，許濤在煤炭綠色轉(zhuǎn)化技術(shù)的仿真模擬、實驗測試以及理論研究等方面做了大量艱苦的工作。“他解決了煤基氣流床熱解和氣化研究中的相關(guān)難題，特別是對煤基氣流床氣化的化工過程和熱解機理方面有較大的突破和創(chuàng)新，”多位煤化工專家如是說，“其研究成果對于實現(xiàn)煤炭資源的高效清潔深度開發(fā)具有重要理論和現(xiàn)實意義，為提高煤基替代能力提供了科技支撐?！?/p>

挖礦“富油煤”

能源是現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和動力。但是，中國的石油對外依存度卻超過70%，成為全球最大的石油進口國。如何改變這一局面？

“推進煤炭清潔、高效利用，提升油氣自給能力，是一條可持續(xù)發(fā)展之路”，計劃回國后，許濤就開始聚焦國家發(fā)展需要，將自己的研究目標定位到“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展清潔、低碳能源，加快構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系”。通過調(diào)查研究，許濤看到“相對于中國豐富的煤炭資源，發(fā)展高效低碳的煤制油技術(shù)是煤炭清潔利用和能源安全戰(zhàn)略的重要方向。但是，當前煤制油技術(shù)存在產(chǎn)物收率低、焦油品質(zhì)差、系統(tǒng)易堵塞等問題”。因此，他希望從豐富的煤炭資源中找到能源可持續(xù)發(fā)展的綠色之路。

說干就干。2019年，許濤回國發(fā)展。他選擇到礦業(yè)工程、采礦工程、供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程等領(lǐng)域具有優(yōu)勢的西安科技大學能源學院，將研究重點定位在低階煤綠色分質(zhì)加工與轉(zhuǎn)化的技術(shù)研究上，重點關(guān)注富油煤熱解制油和碳基材料高效轉(zhuǎn)化相關(guān)的C-H鍵和C-O鍵的催化活化及C-C偶聯(lián)等反應(yīng);同時探索碳基能源創(chuàng)新利用，重點優(yōu)化反應(yīng)歷程，開展西部煤炭深度利用的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

在研究過程中，許濤帶領(lǐng)團隊創(chuàng)新化工方法，“反彈琵琶”，將與“熱轉(zhuǎn)化技術(shù)”相對的“超低溫冷凍技術(shù)”應(yīng)用于煤制油領(lǐng)域，同時將現(xiàn)有最大加熱速度即閃速加熱提高一個數(shù)量級至超高速加熱，提出“超低溫冷凍+超高速熱解”煤制油新方法，服務(wù)于能源領(lǐng)域的發(fā)展。

富油煤在許濤看來，是提升油氣自給能力的富礦?！拔覈鞑慷鯛柖嗨古璧馗挥兔嘿Y源豐富，已查明的富油煤儲量就達6500多億噸，”許濤說，“根據(jù)煤田地質(zhì)學的定義，焦油產(chǎn)率大于7%的煤炭為富油煤。如果能將豐富的富油煤高效轉(zhuǎn)化為液體燃料，將實現(xiàn)中國石油的完全自給，重塑全球能源格局?！敝袊こ淘涸菏客蹼p明非常支持許濤的觀點，他說：“富油煤不僅是煤，更是煤基的油氣資源。若在煤炭熱解技術(shù)和規(guī)?；l(fā)展上取得突破，西部地區(qū)豐富的煤炭資源可替代1～2個大油田?！?/p>

許濤算了一筆賬，“按富油煤10%的煤制油轉(zhuǎn)化率和當前中國7億噸/年的石油消耗量計算，富油煤將滿足中國90多年的石油需求”。許濤堅信，開發(fā)清潔高效的富油煤制油技術(shù)具有重要社會經(jīng)濟意義，也是我國能源戰(zhàn)略安全的重要保障。因此，他聚焦煤制油的前沿問題，針對西部富油煤清潔高效利用的重大需求，重點開展富油煤解聚提油創(chuàng)新性研究，為煤炭的低碳高效利用與轉(zhuǎn)化提供獨特的解決方案。

許濤以西部富油煤為實驗對象，采用真空低溫冷凍技術(shù)預(yù)處理+閃速熱解的煤制油新方法，研究不同冷凍溫度和冷凍速度下煤物理-化學-分子結(jié)構(gòu)特性演化，分析煤真空冷凍預(yù)處理后熱解性能與熱解產(chǎn)物的演變，確定溫度和加熱速度對低溫煤一次熱解反應(yīng)與二次氣相反應(yīng)的影響機制，建立低溫煤閃速熱解反應(yīng)動力學模型，為煤炭清潔高效利用提供新途徑。

解決“卡脖子”技術(shù)的同時，許濤堅持科研與教學兩條腿走路，他知道，未來的科技發(fā)展要靠人才。在本科生和研究生的教學過程中，他關(guān)注新方向、新動態(tài)，為同學們引進國外最新權(quán)威教材，同步國際能源類學科最近研究進展，拓寬能源學院在礦業(yè)工程學科的科研領(lǐng)域，增強行業(yè)影響力，為綠色能源發(fā)展培養(yǎng)后備人才。

思路清晰、思維活躍、創(chuàng)新力強，是許濤的科研伙伴對他最深的印象;刻苦鉆研、團結(jié)互助、尊師愛生，是許濤的老師、學生深愛他的理由。多年來，奮戰(zhàn)在綠色環(huán)保一線，許濤的夢想是“綠水青山”。作為能源化工和潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域的科研新星，他一直踐行的，就是“祖國哪里需要我，我就到哪里”。

為能源變綠護航，征途漫長，許濤整裝再出發(fā)……