【中国青年报】破解燃“煤”之急的年轻人

  来源:《中国青年报》06版:科学

  发布时间:2022-08-01

  小隐隐于野,大隐隐于市。

  在大连市沙河口区,绿树环绕的大花坛后,立着一块“中国科学院大连化学物理研究所”的门牌(以下简称“大连化物所”),将所区与城市的喧嚣隔绝开来。院内是别有洞天,依山而行,山脚是催化基础国重楼、能源基础楼,山上可见化工楼、能源楼、分子反应动力学国重楼、生物技术楼等,蝉声响彻,宿鸟幽鸣。

  在新中国成立之初,大连化物所成功开发了水煤气合成液体燃料技术,为我国石油工业的恢复发展作出了重要贡献,应国家之所需,一代代科技创新成果从这里走出。催化科学先驱者之一的张大煜先生、化学激光的奠基人和开拓者张存浩先生,以及20多位两院院士先后“隐居”于此。

  新时代,我国提出了加快绿色低碳科技发展的新命题。大连化物所新一辈的科学家们,组织实施“洁净能源关键技术与示范”中科院战略性先导科技专项,围绕化石能源清洁高效利用、清洁能源多能互补与规模应用和低碳化多能融合战略三条主线,集合了中科院20多家能源领域研究所及大学优势研究力量,至今已突破55项关键技术,完成29套工业示范装置开工建设,带动投资1500多亿元。

  他们从方寸实验室到万亩工厂,以能源技术革命推动了能源革命。他们,是破解能源变革难题的新一代。

  燃“煤”之急

  一个人最大的幸运,莫过于在他年富力强的时候发现了自己的使命。

  1999年,大连化物所研究员丁云杰在30多岁时就找到了自己的使命。那一年,他担任了碳化学与精细化工催化研究组组长,从事合成气转化和精细化工催化等领域的研究。

  在此之前很长一段时间,人们对我国能源的印象还停留在石油大会战的盛况。以“铁人”王进喜为代表的大庆油田工人们,喊着口号,“宁肯少活20年,拼命也要拿下大油田”。这一代人用铁人精神,结束了“洋油”时代,基本实现自给。

  “石油资源短缺,原油主要依靠进口。我国存在‘富煤、贫油、少气’的资源结构,形成以煤炭为主的能源消费结构。”中国工程院院士、大连化物所所长刘中民说。

  面对这样的国情,新一代科技工作者要打响一场可行的煤炭清洁利用的技术革命。丁云杰团队的“秘籍”是,掌握以钴基催化剂和以其为核心的工艺技术,实现“煤变油”的科技突破。

  攀登科学高峰,从无捷径可走。深夜11点之后,丁云杰办公室的灯还常常亮着。“基础研究的主要意义在于从大量研究信息中鉴别真伪,获取和理解基础理论中的概念和精华。”丁云杰感慨,虽身处宏观世界,但要把研究视野钻进微观世界,从原子、分子水平上理解化学反应。

  其中的技术难题常人难以理解。用1992出生的青年科研人员赵子昂的说法是,这是一项能源转化研究,能够化解国外对石油封锁的危机。这项研究从实验小试、中试再到工业化已历经20年。

  这足以跨越一个科学家的中青年时代。

  科学接力

  破解燃“煤”之急的难题,需要几代人的接力。

  1999年,潘秀莲赴德国弗朗和费界面工程与生物技术研究所,开展无机氧化物膜和金属膜的制备和催化研究工作,4年后完成博士后工作,她回到大连化物所,加入包信和院士团队。在这场能源技术革命中,他们走出了一条合成气制烯烃的能源技术创新之路。

  2007年,他们就提出采用双功能耦合催化剂体系,探索合成气直接转化制低碳烯烃的构想。这是一个让人激动万分的科学构想,如果能够实现,对传统工艺路线是一个颠覆性变革,对我国能源安全战略也具有深远意义。

  这项研究,耗时近10年。

  其间,团队憋着劲向着最初的构想进发,探索路上充满各种挑战和困难。在团队不懈努力下,终于开创了煤基合成气直接转化制低碳烯烃的新途径。就像包信和院士说的那样:“科学研究,只要方向对,就不怕路途遥远。只要坚持,再冷的板凳也能坐热。”

  2016年3月,《科学》杂志发表了这一研究成果,并同时发表了一篇以“令人惊奇的选择性”为题的专家评述文章。专家称,这一原理上的突破“将带来工业上的巨大竞争力”。

  一位从事费-托制烯烃技术研究20多年的德国专家听闻后,沮丧地说:“这个点子为什么不是我们先想到的?”

  包信和自豪回应:“这一次也该轮到我们了。”

  这期间,团队在该研究方向上,除了申报多件中国发明专利和国际PCT专利外,没有公开发表一篇相关研究的文章。

  “功成不必在我”是难得的科研胸怀。

  大连化物所的科学家们展开了一代代的科学接力,研究所的前辈中流传着这样一句话:作为“国家队”“国家人”,心系“国家事”,肩扛“国家责”。

  推向工业化

  从榆林机场驱车两个小时才能到达合作的化工厂,从2019年开始,戴着安全帽,身着灰白色工装,潘秀莲,这个身形瘦小的女科学家带着团队往返于大连和榆林工厂之间,2020年一年之中有一半的时间住在这里,和技术人员、工人们一起“蹲守”在工厂,从催化剂装填,到现场各种试验方案,不断讨论研究。

  2019年,全球首套煤经合成气直接转化制低碳烯烃的千吨级工业试验装置顺利建成,9月份单反应器试车一次投料成功。2020年9月完成了全流程工业试验。

  破解煤化工能源变革难题,就不能让成果“躺”在实验台上。

  有些年轻人不能理解,“为什么院士如此厉害了,还比年轻人更努力。”在实验室里,他常常在深夜还能看到包信和。潘秀莲研究员除了出差,几乎大部分时间都在实验室,改论文到深夜甚至凌晨是家常便饭,第二天早上又早早出现在实验室。在这里,没有“996”“007”的概念。他们一直在思考:基础研究如何突破?基础研究取得突破后,他们又在思考如何推向应用。

  一处化工厂的装备架上,高挂着一条横幅:创新引领科教报国,产研融合高端发展。

  大连化物所研究员朱何俊深有感触,“身为国家队,唯有瞄准难题,迎难而上,在工业化上实现技术突破,才能称之为真正的国家队。”

  他曾带领青年科研人员,前往榆林另一个化工厂展开工业化试验。榆林的冬天,室外零下二三十摄氏度,半夜开车返回住所,车窗上结了一层冰。

  困难在现实中被放大。在实验室,他们展开试验需要1000多个小时,当催化剂转运到工厂,试验时间则要延长到8000多个小时。

  催化剂一旦达不到指标,丁云杰、朱何俊就要带着团队分析温度、压力、工艺参数。团队四五个研究人员跟着工人们爬到装置上,钻到反应器里查找问题。最终,他们历时近一年,成功实现催化剂放大生产。

  2020年,新一代煤制油技术的炭载钴基浆态床合成气制油示范装置实现100%负荷运行。今年5月,鉴定委员会认为,该技术创新性强,整体技术达到国际先进水平。

  急国家所急

  昔日,时任东北科学研究所大连分所副所长张大煜,在1950年时大刀阔斧地开始重组改革,面对国家的石油危机,毅然将石油研究作为研究所首要的科研方向。

  昔日,身在美国的张存浩回国,跟随张大煜连夜乘坐火车来到大连。当时石油稀缺,水煤气合成燃料技术势在必行,却遭遇种种挑战。他们历经3个月,从流化床小试到中试,再到工业试验,油产量超过美国。此后张存浩3次转变科研方向,他说:“国家需要什么,我就做什么。”

  新时代有了新的能源命题。

  《新时代的中国能源发展》白皮书指出,要全面推进能源消费方式变革,构建多元清洁的能源供应体系,实施创新驱动发展战略,不断深化能源体制改革……

  中科院领命出征:到2025年,突破化石能源、可再生能源、核能、碳汇等关键技术;推进重点行业低碳技术综合示范,支撑产业绿色转型发展。

  历经数十年的努力,刘中民院士团队于2006年合作完成了世界首次工业性试验,成功开发了甲醇制取低碳烯烃(DMTO)成套工业化技术,之后还实现了世界首次煤制烯烃工业化应用“零”的突破,为我国烯烃产业发展开辟了一条新的重要途径。

  国家所急就是科学所急。丁云杰在团队里定下了两项课题标准:一要做国家所急需的技术;二要做国外已有但对我国封锁的技术。这两条标准影响着一届届年轻人的科研方向。包信和也常常提醒年轻人,不要一味地追热点,不可唯论文,要心怀“国之大者”,瞄准国家重大战略需求中卡脖子难题,要有坐冷板凳的决心,肯下苦功夫,做出对国家有贡献的代表性研究成果。

  现在,一批批80后90后浸润在此,他们在这里自由生长,努力破解煤化工能源难题。

  进出之间,每一个人都能看到时任中科院院长郭沫若所题字的院牌——中国科学院大连化学物理研究所。另一段故事是,郭沫若曾到大连化物所考察,提笔写下《水调歌头》,以示嘉勉,其下阕云:出成果,驱虎豹,御熊罴。赶超任务,重担争挑乐莫支。攻破尖端堡垒,满足国民经济,接力把山移。永蓄愚公志,长颂冬云诗。

  半个多世纪过去了,从科教救国到科教兴国,这里的科学家精神永不落幕。

  以下是该媒体报道地址:http://zqb.cyol.com/html/2022-08/01/nw.D110000zgqnb_20220801_1-06.htm

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