本刊記者 宋 潔

生物質廢棄物“魔法師”
——記天津大學環(huán)境科學與工程學院院長陳冠益

本刊記者 宋 潔

專家簡介：

陳冠益，博士，教授，天津大學環(huán)境科學與工程學院院長，教育部長江學者獎勵計劃特聘教授?，F(xiàn)為中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會生物基油氣重點實驗室主任、天津市生物質燃氣燃油技術工程中心主任。2005年入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃、獲得霍英東教育基金會優(yōu)秀青年教師基金，2011年入選天津市“131”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程第一層次，2012年獲得國務院政府特殊津貼，2013年獲得寶鋼教育基金會優(yōu)秀教師獎，2014年獲得長江學者特聘教授稱號。

主要研究領域為生物質能高效利用技術與理論。圍繞生物質熱化學轉化過程，系統(tǒng)開展了生物質超分子結構解聚機理、分級熱解氣化過程模擬、參數(shù)優(yōu)化、焦油活性準則界定與釋放機制的研究，解析了生物質燃氣火焰結構與穩(wěn)定性對后續(xù)燃燒的影響；創(chuàng)新提出磁性整體細胞催化體系制備生物柴油工藝、生物質全組分轉化制備生物燃油，揭示了霧化甘油對生物質熱解氣化的促進作用機理、提高轉化率、燃油收率和品質。

獲得國家科技進步獎二等獎，高等學校科學研究科技進步獎二等獎，天津市科技進步獎一等獎、二等獎，環(huán)境保護科學技術獎二等獎；2010年獲天津青年五四獎章稱號，2009年獲天津市改革開放30周年優(yōu)秀留學回國人員稱號；2015年獲天津市中青年科技創(chuàng)新領軍人才稱號等。

“月亮在白蓮花般的云朵里穿行，晚風吹來一陣陣快樂的歌聲，我們坐在高高的谷堆旁邊，聽媽媽講那過去的事情。”在許多人的兒時記憶中，農田中高高的谷堆里有著揮之不去的一抹鄉(xiāng)愁。然而如今，這飽含鄉(xiāng)愁的谷堆所產生的大量秸稈卻成為空氣污染的一大元兇。

據(jù)悉，我國每年產生農林廢棄物約12億噸，除還田、飼料等用途，仍有超過50%露天焚燒，導致了嚴重的環(huán)境污染和能量浪費。天津大學環(huán)境科學與工程學院院長陳冠益作為土生土長的農村娃，從小目睹了生物質廢棄物焚燒給環(huán)境以及人們生活帶來的巨大影響，能夠成為一名“變廢為寶”的“魔法師”是他從小的夢想。于是，他在生物質廢棄物資源化領域鉆研20余年，如今已在這一領域栽培下一片環(huán)保、節(jié)能的綠蔭。

結緣生物質廢棄物炊煙中的記憶

1970年6月，陳冠益出生在江西省玉山縣巖瑞鎮(zhèn)宅前村徐村塢小組，一個尚屬偏僻的小鄉(xiāng)村。那里水源充足，卻季節(jié)不均，通過鄉(xiāng)親們的勤勞作業(yè)，算得上是富產水稻之鄉(xiāng)。

在陳冠益的記憶中，家鄉(xiāng)稻米的口感一般，但是秸稈頗多。小時候，每家每戶都會用稻稈作為燃料來炊事做飯，濃濃的黑煙與母親偶爾的咳嗽聲給兒時的陳冠益留下了深刻的印象。小時候，他的腦中便時常閃現(xiàn)念頭：能否把稻稈燒得干凈些、讓火苗再旺些？

隨著生活水平的提高，商品煤、燃氣、煤氣、液化氣的使用日益廣泛，人們對秸稈燃料的粗放式需求大大下降。同時由于秸稈集中收集處理的成本高，機械收割留茬較高，會影響下一季農作物的播種，因此村民普遍選擇露天焚燒秸稈，既對環(huán)境造成了嚴重污染，也帶來了一系列社會問題。

出于對農村的熱愛以及兒時的那份執(zhí)著，陳冠益對生物質廢棄物的能源利用產生了濃厚的興趣，并走上了致力于村鎮(zhèn)生物質廢棄物利用與環(huán)境保護的科研道路。1992年，年僅22歲的陳冠益進入浙江大學，拉開了碩士與博士學習的序幕。從1994開始，在導師岑可法院士的超前學術引領和諄諄教導下，陳冠益在浙江大學熱能工程研究所開啟了生物質廢棄物利用的研究旅程。呼應兒時的絲絲靈感，陳冠益開始對秸稈熱解技術進行研究，之后又對秸稈氣化技術進行研究。

1998年博士畢業(yè)后，陳冠益選擇去香港大學機械工程系做博士后，開展了地溝油利用與生物柴油技術的研究，并對地溝油的利用進行了一系列車用評估研究。1999年～2003年，在家鄉(xiāng)情結和為理想奮斗的驅使下，陳冠益遠赴荷蘭代爾夫特理工大學（TU Delft），成為高級研究人員，繼續(xù)從事生物質氣化等能源化利用技術的研究，并最終為解決傳統(tǒng)的農林廢棄物氣化技術面臨的困境，開發(fā)設計出兩段式可控循環(huán)流化床氣化技術，使生物質燃氣熱值顯著提高，焦油濃度得到一定控制。

十余載攻堅克難廢物變寶物

2003年，陳冠益回國，并在天津大學環(huán)境學院任教授一職，至今一直執(zhí)著于生物質熱解氣化多聯(lián)產技術、生活垃圾能量高效利用與污染控制研究。十余年耕耘，陳冠益在這一領域打下了堅實的科研基礎，也為后續(xù)成果的誕生鋪墊了成功之路。

能源與環(huán)境問題屬于國家可持續(xù)發(fā)展的兩大戰(zhàn)略問題。“十二五”乃至“十三五”期間，我國的一項重要任務都是培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產業(yè)，其中包括以生物質廢棄物為原料的生物質能源等。

生物質廢棄物是人類在利用生物質的過程中生產和消費產生的廢棄物，包括農業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、生活廢棄物、工業(yè)廢棄物等。目前我國可收集利用的生物質資源總量巨大，每年約為10億噸，其中可收集作為能源和資源的秸稈每年約為4億多噸。

為減少生物質廢棄物利用不當對環(huán)境造成的污染，回收寶貴的能量和資源，人們加大對生物質廢棄物能源化的研究和利用，并由此獲得一項新興的產業(yè)而長期經營下去。目前生物質廢棄物資源的利用技術主要包括燃氣化利用技術、燃油化利用技術、發(fā)電供熱利用技術、燃料化利用技術、肥料化利用技術、建材化利用技術、高值化利用技術等。雖然我國在生物質廢棄物資源化技術的開發(fā)利用方面取得了一些成績，但是與發(fā)達國家相比，我國還有很大的差距，在技術和推廣層面還需要進一步加強需要與應用。

陳冠益說，我國生物質廢棄物的能源化開發(fā)需要依靠科技進步。將生物質資源進行多聯(lián)產開發(fā)利用，提高能量回收效率和資源利用率，同時使整個過程實現(xiàn)清潔生產和環(huán)境友好，從而實現(xiàn)增值，反哺生物柴油、燃料乙醇及生物質燃氣等能源產品的開發(fā)，是發(fā)展趨勢。

2016年1月8日，捷報傳來，天津大學環(huán)境學院陳冠益團隊聯(lián)合其他6家單位開展的“農林廢棄物清潔熱解氣化多聯(lián)產關鍵技術與裝備”研究成果在北京人民大會堂召開的2015年度國家科學技術獎勵大會上，獲得國家科技進步獎二等獎。這項歷經十多年、先后得到國家科技部“863”計劃、“973”計劃、農業(yè)科技成果轉化和國家自然科學基金、教育部項目、天津市項目等資助的科研成果也得到了國際專家的高度評價。

陳冠益說：“該獲獎項目的關鍵詞可歸納為‘清潔’‘高效’‘多聯(lián)產’。”據(jù)他介紹，生物質廢棄物在轉化過程中會產生黑乎乎的焦油，導致二次污染，如含焦油和雜質的廢水。該項目在秸稈氣化爐中使焦油降低了85%以上，剩余的少量焦油，再由氣化爐后的凈化裝置做進一步分離收集處理，對環(huán)境更友好。

陳冠益介紹，首先，項目相應的凈化裝置性能穩(wěn)定，可操作性好，且經濟成本低，讓用戶“用得起”。其次，該項目使農林廢棄物盡可能地轉化為產品，提高了資源和能源轉化效率。再次，該項目能聯(lián)產多種產物，生物質經熱解氣化后主要成為燃氣，廢渣可成為生態(tài)肥，液體可提煉成燃油，提高了綜合經濟效益。這一成果使諸如秸稈、玉米芯等農業(yè)廢棄物，包括樹枝、木屑、家具刨花等林業(yè)廢棄物以及酒糟、藥渣等工業(yè)廢棄物，乃至村鎮(zhèn)生活垃圾，都可以經過“熱解氣化”而變廢為寶。

該成果已在全國部分省市進行了推廣應用，建成了一批示范工程，用戶群主要為農民和企業(yè)，燃氣可用于家庭做飯、企業(yè)供熱等，項目累計實現(xiàn)產值約10余億元，累計利用農林廢棄物800多萬噸，顯著改善了農村當?shù)丨h(huán)境，促進了村鎮(zhèn)經濟，產生了巨大效益。

回首十余年攻關歷程，陳冠益說，要感謝很多老師和朋友的幫助，特別感激自己的導師岑可法院士，是岑可法院士富有預見性的學術指引，將自己引導到從小就有情結的生物質廢棄物利用研究的道路上，他才有了今天的成績。

此外，這項重要成果的取得背后有一支優(yōu)秀的科研團隊在支持。生物質廢棄物的轉化利用和技術開發(fā)，需要多學科交叉協(xié)同的創(chuàng)新努力，因此陳冠益一直很注重團隊建設，有意識從學科背景互補、年齡性別優(yōu)化、團結協(xié)作精神等方面強化團隊建設。目前，團隊的專業(yè)背景涉及熱能、環(huán)境、生物、化工、材料等領域，團隊在生物質熱解—氣化技術、工程咨詢、工藝優(yōu)化、裝備開發(fā)等方面具有扎實的實力與經驗，可為我國這方面的技術開發(fā)與產業(yè)化推廣做出貢獻。

學術交流

此外，團隊的文體活動也很豐富，陳冠益經常強調，好的身體素質是實現(xiàn)優(yōu)秀研究的重要保障。團隊老師和學生在緊張的研究學習之余得到放松，同時更增加了團隊凝聚力，漸漸地，團隊成為一個敬業(yè)、團結、愉快的團隊，能夠取得如此豐碩的成果與這些因素密不可分。

二十載專注教研永恒的責任

從孩提時代對利用秸稈燃燒炊事做飯充滿好奇，少年時代羨慕用液化氣做飯，成長時代哀嘆用管道燃氣做飯的遙不可及，教授時代悲嘆秸稈露天焚燒的浪費和污染，陳冠益的人生和秸稈等生物質廢棄物結下了不解之緣。

2003年回國后，陳冠益進入天津大學環(huán)境科學與工程學院，更加全身心地投入到生物質廢棄物能源化和資源化的科研教學中。由于平時行政工作很忙，他只能加班加點對學術進行不懈地研究。學生們說晚上回寢室時，經?？吹皆洪L辦公室的燈還亮著。

出于對學術研究的敬畏，陳冠益對實驗研究、撰寫研究論文格外精益求精，不敢有一絲一毫的夸大和松懈。他說：“雖然繁多的工作有時候壓得我喘不過氣來，但是只要能科學地分配時間，我還是能夠勝任的，我也很享受這樣的工作?！?/p>

近年來，陳冠益一直致力于生物質廢棄物的清潔高效利用技術與理論研究，先后負責了國家自然科學基金重點項目、面上項目、國際合作項目，科技部重大基礎研究專項前期研究項目、“863”“973”及支撐計劃課題、霍英東優(yōu)秀青年教師基金項目、教育部基金項目、天津市科技項目、中荷政府合作項目、歐盟研究項目等。

他先后入選教育部長江學者獎勵計劃特聘教授、國務院政府特殊津貼、教育部新世紀優(yōu)秀人才資助計劃、天津市“131”創(chuàng)新型人才工程第一層次，獲得天津市改革開放30周年優(yōu)秀留學回國人員稱號；獲得國家科技進步獎二等獎、天津市科技進步獎一等獎、教育部和環(huán)保部科技進步獎二等獎。

依托上述研究項目，陳冠益潛心研究，鉆研教學，把研究的成果融入教學，把教學方法融入研究團隊，獲得國家教學成果二等獎、天津市教學成果一等獎，入選寶鋼教育基金會優(yōu)秀教師，負責的教學團隊成為天津市優(yōu)秀教學團隊。

近年來，陳冠益發(fā)表學術論文累計150余篇，包括在行業(yè)內有影響力的SCI收錄期刊論文近50篇，申請與授權專利近30項（含國際專利），出版專著5部。此外，他多次做教學改革報告，發(fā)表教育教學論文。在科研與教學的路上，陳冠益始終堅持教研相長，不偏廢其一，這種態(tài)度也讓他誕生了更多新的思路與火花。

作為我國生物質廢棄物利用研究的代表和中青年科技領軍人才，陳冠益說，他是出生于農村的孩子，對于農村與城鎮(zhèn)的生物質廢棄物利用與環(huán)境保護的責任感一直在驅使他、鞭策他，使他加倍努力，同時也清醒認識到，當前的生物質廢棄物利用技術研究還有很多問題需要攻堅克難。因此，他希望生物質廢棄物利用研究的人才隊伍越來越強大，希望相關的產業(yè)化人才脫穎而出，為解決國家的重大需求、提高環(huán)境質量、實現(xiàn)經濟社會的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。

近年來，考慮到偏遠地區(qū)，尤其西藏地區(qū)的艱苦性、復雜性和高原氣候特殊性，人才更加短缺，更難以吸引人才，陳冠益毅然接受了西藏大學的邀請，背著一份沉甸甸的責任，結合天津大學的優(yōu)勢，與西藏大學共建一支研究和教學團隊，為西藏地區(qū)的固體廢棄物污染控制與資源化利用、牧區(qū)生活環(huán)境質量改善等開啟新的學術旅程。

“農村出生，農村成長，我對農業(yè)廢棄物充滿了感情。研究農村廢棄物利用，開拓村鎮(zhèn)清潔能源，將是我心中永恒的責任。”將人生全部交付給生物質廢棄物利用研究的陳冠益不知疲倦地在科研路上奔忙，哪里需要他，他便出現(xiàn)在哪里，在這份事業(yè)中，他快樂地耕耘著，也不斷將希望播撒向他最熱愛的土地。