省五一劳动奖章获得者袁浩然:探索“变废为宝”的科研之道
发布日期: 2022-04-30

  “这个奖项是对之前工作成果的奖励,也是对未来工作的期许和鼓励,推动我去做更有挑战性、更具困难的科学研究工作。”4月28日,在2022年广东省庆祝“五一”国际劳动节暨劳模表彰大会上,中科院广州能源所城乡矿山集成技术研究室副主任袁浩然这样对记者说道,他是2022年度广东省五一劳动奖章的获得者。

                               

                                                                          袁浩然在2022年广东省庆祝“五一”国际劳动节暨劳模表彰大会上

  长期以来,我国有机固体废弃物产量巨大,种类繁多,组分复杂且含有污染元素,处置不当不仅造成环境污染,也产生大量的温室气体。袁浩然则长期从事基于低碳排放的有机固废高效清洁利用基础理论研究与新技术开发,在清洁热化解构、提质重构转化、产物进阶提升等方面取得多项原创性成果。袁浩然作为第一完成人的“复杂长链有机固废热化解构与提质重构响应机制”项目获2021年度广东省自然科学奖一等奖。这项研究工作揭示了关键元素在热化解构中的演化规律,突破了原料到产物的过程中包括原料纯化、热化学制备、产物精制以及污染控制等诸多问题的整体化研究瓶颈。

  为响应国家“双碳”目标,袁浩然还提出并建设退役新能源器件循环利用国家级平台与示范,已经写入国务院《2030年前碳达峰行动方案》。

矢志钻研“变废为宝”的科学路径

  袁浩然办公室墙上挂着的中国科学院原院长路甬祥的题字“变废为宝”,这常常提醒着他在有机固体废弃物清洁利用的道路上持续钻研下去。他从本科到博士学习的都是热能工程,这个学科涵盖制冷、汽车发动机、锅炉等多个领域,但他最终将有机固废高效清洁利用作为自己的钻研方向。

  “有机固废的处理也与热能工程密切相关,比如我们用热处理方式解决有机固废带来环境问题,并提供有效的能源。”袁浩然说。中国工程院院士陈勇是袁浩然的老师,“陈勇院士是我国唯一一位因为研究废弃物而当上院士的科学家,他的引导也推动了我坚持自己的研究方向。”袁浩然说。

  有机固废指的是含碳的废弃物,它们均有能源化、资源化利用的价值。但长期以来,有机固废是以填埋这样的粗放方式处理,这并不利于国家“双碳”战略目标的实现。

  袁浩然告诉记者,有机固废毕竟是废弃物,科学研究首先要关注其环境属性,要用节能高效的办法去处理将其转化为资源和能量,而不是一味鼓吹有机固废的资源属性和能源属性。

                                                

                                                                                              袁浩然专注于有机固废资源化利用

  有机固废资源化利用的主要手段之一是热化学转化,先将有机固废分解为单体或其他小分子片段,再通过官能化或其他手段,对目标产物进一步进行提质,将其转化为各类高值化学品和生物炭基材料,如液相产物包括高辛烷值汽油、低凝润滑油等高质燃油、芳香烃基础化学品甚至一些精细化学品,固相产物包括吸附固定污染物的炭基吸附剂、用于制备生物柴油的炭基催化剂等。全过程可以实现清洁处理,不会产生二次污染。

  袁浩然带领团队开发出系列针对生活垃圾、污泥、工业固废、油泥等废物清洁处置的关键技术与装备,形成了炭基调理剂、催化剂及高值化学品等系列绿色产品;建设可燃固废清洁热转化系统,实现岛礁可燃固废无害化与减量化目前运行稳定;针对疫情导致医疗废物爆发式增长,开发了车载式医疗废物热化学清洁处置装备,服务于多个园区废弃口罩防护服清洁处置。

突破原料到产物过程中整体化研究瓶颈

  2022年4月15日,在广东省科技创新大会会上,袁浩然作为第一完成人的“复杂长链有机固废热化解构与提质重构响应机制”项目获2021年度广东省自然科学奖一等奖。这项研究凝聚了袁浩然团队十余年的心血。

  袁浩然科研团队围绕有机固废热化学反应过程中分子转化机理不清晰、热化解构同步提质过程多路径竞争、一次重构产物进阶提质方法不明等关键科学问题的研究,项目组开展了长期的基础研究和技术攻关。

  这一系列研究工作揭示了关键元素(如生物质中含有的碱金属和过渡金属)在热化解构中的演化规律,突破了原料到产物的过程中包括原料纯化、热化学制备、产物精制以及污染控制等诸多问题的整体化研究瓶颈,构建了以目标产物为导向的分级热解、催化热解、化学链气化多手段分阶研究新途径,形成热化解构与提质重构相互响应机制,使得原料至产物、产物再回归原料的反应路径清楚明晰、并相互对照响应。

  在此基础上,该团队提出气液固三相产物增值增效新途径,创新完善“原料指纹图谱识别--解构重构响应机制--产物二次增值增效”全链条理论,该链条使每一种有机固废都有了自己的“身份证”,并可以根据每一种特性的有机固废提出具体的循环利用方法,做到“因材施策”。

                                    

                                                  十余年对有机固废的研究,也让袁浩然团队收获了2021年度广东省自然科学奖一等奖

  “之所以说每一种有机固废都有了自己的‘身份证’,是因为通过长期的基础研究,我们能够弄清楚不同类别有机固废的元素构成与转化机理,这对我们找对处理它们的办法打下扎实的基础。”袁浩然说。

未来聚焦退役新能源器件循环利用

  谈到今后科研工作的规划,袁浩然表示正在筹备建立“退役新能源器件循环利用研发平台”。因为可再生能源转换为稳定的电力和能量需要载体。这些载体本身就含有国家稀缺的元素,并且它们在使用寿命结束时,当做废物处理也需要充分考虑环保的因素。 

  所以“退役新能源器件循环利用研发平台”以多学科交叉融合为特色,以退役储能系统、光伏组件、风电机组叶片为对象,集成了精细智能拆解、有机废材高效热转化、废杂金属清洁回收及综合支撑4个子平台,最终形成涵盖基础研究、技术开发、装备研制和技术测试验证的全链条综合性研发平台。

  “在有机固废清洁化资源化利用这一领域中,我们国家还在面临着各种科学难题,这些涉及到理论建设,技术改进和设备完善,未来仍是要致力于攻克这些难题,将核心技术掌握在我们自己手里。”袁浩然说道。

文、图/广州日报·新花城记者:龙锟
广州日报·新花城编辑:马俊贤


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