曹宏斌：探索工業(yè)減碳降污新方法（科創(chuàng )正青春）

曹宏斌在工程現場(chǎng)。

受訪(fǎng)者供圖

工業(yè)降碳減污是實(shí)現我國“雙碳”目標的關(guān)鍵環(huán)節。工業(yè)領(lǐng)域的綠色低碳轉型，推動(dòng)了綠色技術(shù)的進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級，為培育產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢提供了新的機遇。

如何研發(fā)工業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程降碳減污的新方法?如何讓企業(yè)在降碳減污過(guò)程中，更好地實(shí)現轉型和發(fā)展?這是中國科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員曹宏斌一直在思考的問(wèn)題。

多年來(lái)，曹宏斌帶領(lǐng)團隊面向工業(yè)降碳減污的重大需求，重點(diǎn)在流程制造業(yè)開(kāi)展科技創(chuàng )新與工程實(shí)踐，為行業(yè)提供了關(guān)鍵的核心技術(shù)和工程案例。

研發(fā)綠色發(fā)展技術(shù)

化工、鋼鐵、有色、醫藥、建材等流程制造業(yè)在國計民生方面具有十分重要的戰略地位。在曹宏斌看來(lái)，流程制造業(yè)實(shí)現綠色低碳發(fā)展的難點(diǎn)在于多目標的同時(shí)實(shí)現。

“綠色發(fā)展要求企業(yè)降碳減污，但同時(shí)企業(yè)的生存需要盈利，這就要求二者兼顧，實(shí)現產(chǎn)品生產(chǎn)與末端處理的總成本最小化。”曹宏斌說(shuō)。

實(shí)現深度分離，是工業(yè)減污降碳非常重要和有效的環(huán)節。通過(guò)分離，將水、空氣等介質(zhì)中的有毒有害物質(zhì)濃度降低，滿(mǎn)足排放標準，同時(shí)盡量將這些組分濃縮成有價(jià)產(chǎn)品。

“據統計，我國現有的工業(yè)生產(chǎn)中，60%以上的‘三廢’(廢水、廢氣和固體廢棄物)是由于分離不徹底導致的，而且分離過(guò)程的能耗在整個(gè)工業(yè)過(guò)程中占比超過(guò)50%。”曹宏斌介紹。

2006年，一家來(lái)自遼寧葫蘆島的企業(yè)找到曹宏斌。企業(yè)堆積了大量的釩鉻渣，由于釩鉻深度分離及含重金屬氨氮廢水處理問(wèn)題沒(méi)有得到解決，前期投入的數千萬(wàn)元幾乎打了水漂。

“釩和鉻兩個(gè)元素的結構性質(zhì)非常相近，深度分離起來(lái)是個(gè)難題。”看到企業(yè)的難處之后，年輕的曹宏斌在中國工程院院士、過(guò)程工程所研究員張懿的支持和幫助下迎難而上，欣然接受了這個(gè)考驗。經(jīng)過(guò)5年艱苦的基礎研究、技術(shù)研發(fā)和工程應用，他帶領(lǐng)團隊成功建立了釩鉻渣高效利用新工藝和國內外首座產(chǎn)業(yè)化工程，解決了釩鉻深度分離、重金屬和氨深度分離等難題，實(shí)現了污染物近零排放，使總資源利用率提高30%以上。這項成果獲得2013年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

“科研成果要更好地實(shí)現工業(yè)應用，幫助企業(yè)解決污染問(wèn)題的同時(shí)，還要想辦法提高經(jīng)濟效益。”曹宏斌說(shuō)。

解決企業(yè)實(shí)際問(wèn)題

在20多年的科研生涯中，曹宏斌有兩個(gè)“戰場(chǎng)”——一個(gè)是實(shí)驗室，一個(gè)是工廠(chǎng)車(chē)間。

“實(shí)驗室研究為新技術(shù)提供了技術(shù)指標可達性的嘗試，而工廠(chǎng)車(chē)間現場(chǎng)研究則是在此基礎上進(jìn)一步驗證新技術(shù)的穩定性和經(jīng)濟性。”曹宏斌說(shuō)。

這些年，曹宏斌常常奔走在解決企業(yè)實(shí)際問(wèn)題的一線(xiàn)，與科研團隊和企業(yè)技術(shù)人員一起想辦法、搞試驗，確保工程不出差錯。

在葫蘆島攻克釩鉻分離難題時(shí)，為了確保工程試驗順利進(jìn)行，曹宏斌和團隊成員24小時(shí)輪班“在線(xiàn)”。一旦現場(chǎng)出現問(wèn)題，必須馬上解決，幾乎長(cháng)時(shí)間處于高壓狀態(tài)。幾年下來(lái)，曹宏斌的頭發(fā)熬白了一半。

“為了降低工程風(fēng)險，我們做了中試，前6次全部失敗，直到第七次才試驗成功。”曹宏斌說(shuō)，“雖然壓力很大，但是工程成功帶來(lái)的成就感更大。”

從葫蘆島、鞍山到攀枝花、吐魯番、三門(mén)峽，再到天津、長(cháng)沙……這些年，許多企業(yè)在曹宏斌團隊的技術(shù)支持下陸續解決了污染處理問(wèn)題。他認為，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，廢氣、廢水與固廢通常是同時(shí)存在、直接相關(guān)。為此，工業(yè)污染治理要建立氣—水—固污染的跨介質(zhì)高效協(xié)同機制。

除此之外，曹宏斌團隊還在鋰電池固廢處理技術(shù)上取得技術(shù)突破，形成了信息平臺搭建—有價(jià)組分高效分離―介質(zhì)循環(huán)與二次污染控制技術(shù)研發(fā)—集成與工程應用優(yōu)化—行業(yè)標準制定的貫通研究。

“高效處理廢鋰電池能夠將其中高附加值的關(guān)鍵金屬等回收再利用，同時(shí)消除廢鋰電池及處理過(guò)程對環(huán)境的污染和安全隱患。”曹宏斌說(shuō)，團隊相關(guān)研究成果目前已服務(wù)國內60%以上的產(chǎn)能。

實(shí)現治污系統優(yōu)化

獨立思考、勇于實(shí)踐、善于合作、快樂(lè )健康——這是曹宏斌對科研團隊的希望。

“我所從事的研究領(lǐng)域屬于多學(xué)科交叉，我一直提倡年輕科研人員相互學(xué)習，勇于探索未知領(lǐng)域，尋找新的方法和結論。”曹宏斌說(shuō)，目前他的研究團隊成員研究領(lǐng)域橫跨多個(gè)專(zhuān)業(yè)，“有研究催化的、分離的，有搞系統工程的、環(huán)境的，有做基礎研究的、做應用的……每個(gè)人都要有綜合性的思考、做貫通式的研究，這是我對團隊的要求。”

在曹宏斌看來(lái)，經(jīng)過(guò)廣大科研人員的不斷努力以及企業(yè)實(shí)踐，我國工業(yè)污染治理的技術(shù)水平已經(jīng)實(shí)現了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的轉變，但在新污染物的高效控制技術(shù)、高精度單元模型構建技術(shù)、高效反應/分離新材料與藥劑等方面仍面臨著(zhù)很多難題和考驗。

“以高精度單元模型為例，人們對流程制造業(yè)生產(chǎn)中的化學(xué)反應過(guò)程認知不足，很難像對物理過(guò)程那樣精準建模。”曹宏斌說(shuō)，“如果能夠解決這一難題，那么少人甚至無(wú)人的智慧工廠(chǎng)就可以在流程制造業(yè)實(shí)現更廣泛的應用。”

曹宏斌介紹，團隊數十年的科研與工業(yè)實(shí)踐以及人工智能、大數據等技術(shù)的快速發(fā)展，為探索新的工業(yè)降碳減污技術(shù)提供了基礎。他和團隊下一步計劃重點(diǎn)開(kāi)展機理——數據雙驅動(dòng)強化工業(yè)減污降碳的理論、技術(shù)與應用研究。

“工業(yè)降碳減污是一個(gè)系統工程，不能僅通過(guò)局部?jì)?yōu)化解決問(wèn)題，更重要的是將不同單元的技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現系統優(yōu)化。”曹宏斌說(shuō)。

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