探索推动“能源+X”变革，固废生物质资源利用亟需技术创新突破

据介绍，传统的热解气化技术的燃气化效率只有65%，传统厌氧发酵技术的燃气化效率只有45.7%，两个技术协同起来以后的燃气化效率可以高达85%，实现了质的突破。

第三个思考是热化学法×生物法技术交叉的关键科学问题。现在已经有一些企业在做这样的尝试，包括热解气化产生的燃气通过生物法进行定向的制备，合成菌体蛋白或者生物乙醇等产物。要做的工作就是要解决其背后的关键科学问题，开发定向调控的秸秆和有机废弃物气化技术，调控气体比例并降低气体中的 有毒因子，为气体发酵提供可靠的气体来源。

第四个思考是联产调控方法。因为生物质本身的特点就是灵活多样，产物特别多。以热解气化技术为例进行解析，农林废弃物生活垃圾可以通过这个技术生成半焦、焦油和清洁燃气等三类主要产品，然后通过对气化过程精准的控温、限速、控氧，实现气液固产率调控；通过原料预处理、源头调配、以及气化控制，实现对炭产品的品质调控；通过气化控温、限时以及催化剂使用，实现对焦油的精确控制。

第五个思考是使能系统再造。太阳能、风能、地热能等可再生能源虽然在电能转化方面具有一定的优势，但同时存在波动性大、不稳定的特点，而且转化产品单一，主要以电、热、光为主。生物质既是一种能源载体，也是一种能源的存在形式，因此，将已有的可再生能源，比如太阳能、风能、电能、地热能形成的这种初级能量产物耦合到生物质能上，可以实现能量向生物质能的传递与储存、能量品质的提升，增强能源系统韧性。

这其中主要有两个思路，一个是多场耦合使能系统驱动的一次转化（能量），用太阳能或风能强化生物质的热化学转化过程；一个是多场耦合使能系统驱动的二次转化（能质），用太阳能、风能形成的电去强化生物质热化学转化的产品属性。

第六个思考是仿生设计与材料思路。用白蚁、牛胃、海洋仿生或者人胃的思路来去优化或者设计创新生物质能源利用过程。比如研究须鲸如何获取和转化巨额能量，结合热能、化学、生物、信息、材料、机械等多学科领域交叉的仿生技术思路，实现生物质的更高效的利用。

陈冠益教授带头，围绕六大主要方向展开研究

李健介绍了他所在的研究团队。团队的总体研究方向是以多源生物质固废为原料，基于热解气化为主，水热、焚烧为辅的技术手段，开展环境、热能、生物学科交叉创新研究。

该团队拥有雄厚的研究力量。团队负责人是陈冠益教授，是天津商业大学的副校长，天津大学/西藏大学教授，同时也是长江学者特聘教授、国家万人计划领军人才，IEA（国际能源署）生物质气化专题中国专家代表，ISO国际标准化组织TC255委员会--生物质燃气环境与安全小组召集人。同时获得国家科技进步二等奖2项、第三届全国创新争先奖、第九 届侨界贡献奖一等奖、国际生物过程学会（IBA）的Pandey杰出贡献奖。

颜蓓蓓教授是国家优秀青年科学基金获得者，天津市青年科技奖、天津市杰出青年基金获得者。程占军教授也是国家优秀青年科学基金获得者。

陈冠益研究团队主要围绕以下六个方向展开研究工作。

第一个研究方向是面向氢-肥联产的温和气化。通过控制关键反应环节实现产品产量、品质定向调控。 

第二个研究方向是基于厌氧发酵预处理的新型气化。这是新型生物质气化技术思路，目前在这方面已经做了五六年研究，取得了很好的效果。李健介绍，轻度发酵（可控预处理）能够有效改善厌氧发酵剩余物的理化特性，通过梯度控制，制备可用于热化学燃气化的沼渣沼液。生物质原料经厌氧发酵微生物解聚后再进入气化过程可有效降低气化焦油的产生。

第三个研究方向是面向焦油彻底在线脱除的焦油微波催化裂解。传统的生物质气化面临非常严重的焦油问题，容易形成堵塞管道，降低燃气效率，导致安全运行风险。针对这样的问题，研究团队专门研发微波装备脱除焦油，焦油脱除效率高于93.77%。充分发挥微波效应（等离子体）、热效应和金属催化效应协同作用，改变焦油裂解路径，抑制积碳生成。同时团队也研发了一系列装备，取得了很好的效果。

第四个研究方向是面向多源工业有机固废的热解技术。主要是工业有机固废（油泥、废轮胎，合成浆等）的热解气化，工业有机固废无机组分含量高，处理过程环保要求高，热解气化可实现对此类垃圾的有效减量、资源化利用以及污染控制。

第五个研究方向是热解、气化、燃烧过程模拟。这方面分为三个层次，首先是对于反应过程的机理方面的解析，团队拥有比较领先的监测分析平台，即同步辐射光电机质朴分析技术。结合对于反应路径的构建，以及反应过程中各种能量的计算形成了对路径的模拟，再用这样的模拟对反应产物进行预测。这个反应产物的预测可以用在内燃机燃烧过程中发动机的点火、熄灭、火焰传播以及污染物的控制和释放。

同时，团队也进行了低品质燃气的无焰燃烧模拟，气化燃气组分复杂、热值低、且含杂质，造成点火困难、燃烧不稳定、污染物不易控制。团队研发了无焰燃烧技术，可以实现低热值，低品位气的高效清洁燃烧。

团队还对生物质热解气化进行了反向模拟设计，对于输入端进行数据的提取，然后输入到新型的热解气化模型过程中，建立起来输入和输出之间的影射关系，再利用启发式算法和模糊控制理论实现逆向控制。通过了解客户的需求，逆向推出客户适合的气化炉炉型和气化工艺。针对这一研究，团队申请了国际发明专利，获得了很多软件著作权。

第六个方向是面向未来固废的光氧化-热解。基于光固化3D打印废塑料的光敏特性及热解处置的能源化潜力，团队提出光氧化-热解耦合技术思路，可以有效去除光引发剂，提高热解油的H/C比，实现热解油的轻质化，从而提升热解油品质。

在以上研究领域，陈冠益团队取得了很多成果。比如，2015年，农林废弃物清洁热解气化多联产关键技术与装备项目和基于3S维度的生物质固废清洁高效燃气能源化关键技术及应用项目分别在2015年和2020年获得国家科学技术进步奖二等奖，陈冠益教授为第一获奖人。同时，还拿到了省部级一等奖5项。累计发表文章450余篇，授权发明专利70余项(日本、美国、澳大利亚)，软件登记6项，制定标准5项，主参编专著9部。

编辑：徐冰冰