文‖趙凌燕 陳子佩

閆瑞帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)木質(zhì)纖維素?zé)N類(lèi)轉(zhuǎn)化技術(shù)，為早日實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用揮灑青春和汗水。

●閆瑞在生物質(zhì)高附加值轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)領(lǐng)域不懈探索。 供圖/中石化石科院

紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。

作為中國(guó)石化生物能源化工領(lǐng)域的青年科技工作者，31 歲的閆瑞堅(jiān)持扎根科研一線，2017 年碩士畢業(yè)進(jìn)入中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)石科院）至今一直從事木質(zhì)纖維素基生物燃料、添加劑及化學(xué)品技術(shù)的研發(fā)。

近年來(lái)，他以助力國(guó)家“雙碳”政策、開(kāi)發(fā)清潔替代能源為己任，聯(lián)合華東理工大學(xué)一起聚焦木質(zhì)纖維素的高附加值轉(zhuǎn)化和利用等關(guān)鍵領(lǐng)域，成功研發(fā)出了木質(zhì)纖維素的烴類(lèi)轉(zhuǎn)化技術(shù)，為能源、化工和交通領(lǐng)域的低碳轉(zhuǎn)型、綠色發(fā)展提供了技術(shù)支撐。今年6 月，在第五屆“閔恩澤能源化工獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮上，閆瑞被授予“青年進(jìn)步獎(jiǎng)”。

“閔恩澤能源化工獎(jiǎng)”是2013 年4月在閔恩澤院士的倡導(dǎo)下，中國(guó)工程院和中國(guó)石化聯(lián)合設(shè)立的，目的是推動(dòng)我國(guó)能源化工領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。該獎(jiǎng)設(shè)“杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”和“青年進(jìn)步獎(jiǎng)”兩類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)，每?jī)赡暝u(píng)選一次。

深種“自主創(chuàng)新”理念

21 世紀(jì)以來(lái)，作為綠色化學(xué)的開(kāi)拓者，耄耋之年的閔恩澤開(kāi)始關(guān)注生物質(zhì)能源，領(lǐng)導(dǎo)石科院科研人員探索研發(fā)生物質(zhì)的高附加值轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)。

閆瑞在石科院攻讀碩士學(xué)位期間，深受閔恩澤科學(xué)家精神的熏陶和鼓舞。

2014 年，石科院木質(zhì)纖維素高附加值轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)團(tuán)隊(duì)成立初始，閔恩澤經(jīng)常分享國(guó)內(nèi)外的最新研究進(jìn)展，并從原料可獲得性、技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性等方面為課題團(tuán)隊(duì)甄選研發(fā)方向。

這一年，恰巧是閆瑞面臨碩士研究生選題之時(shí)。閔恩澤對(duì)生物質(zhì)能源研究方向的指導(dǎo)，引起了閆瑞極大的探索興趣，引領(lǐng)他走進(jìn)了這個(gè)全新的科研領(lǐng)域。

2015 年第二屆“閔恩澤能源化工獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮時(shí)，病重的閔恩澤還在醫(yī)院通過(guò)視頻向獲獎(jiǎng)人員表示祝賀并提出殷切期望，告訴大家自己病情已經(jīng)好轉(zhuǎn)，不必?fù)?dān)心。閔恩澤似乎從來(lái)沒(méi)有覺(jué)得自己的事業(yè)有一天應(yīng)該休止，哪怕生命可能停止，但自主創(chuàng)新的探索之路永無(wú)止境。

閔恩澤對(duì)科研的執(zhí)著，深深感動(dòng)和鼓舞著閆瑞。他將“自主創(chuàng)新”的科研理念深種于心，并且暗自許下愿望，希望有一天自己也能在科研開(kāi)發(fā)的征程中斬獲更多成果。

開(kāi)發(fā)清潔替代能源

生物質(zhì)能，是自然界唯一含有碳源的可再生綠色能源。作為生物資源大國(guó)，我國(guó)每年約產(chǎn)生10 億噸農(nóng)林廢棄物，其主要成分為木質(zhì)纖維素。木質(zhì)纖維素的高附加值轉(zhuǎn)化和利用，對(duì)保護(hù)碧水藍(lán)天，實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)具有重要意義。

研究生期間，閆瑞在導(dǎo)師陶志平和郭勇的啟發(fā)下，堅(jiān)信生物航煤是當(dāng)前航空領(lǐng)域降碳的最有效途徑，可針對(duì)性地破解歐盟強(qiáng)制征收航空碳稅的困境。

雖然彼時(shí)，以廢棄動(dòng)植物油脂為原料，通過(guò)HEFA 技術(shù)路線得到的生物航煤已完成商業(yè)載客飛行。閆瑞調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)廢棄動(dòng)植物油脂潛在量?jī)H約400 萬(wàn)噸/年，還要同時(shí)用于生物航煤、生物柴油和油脂化學(xué)品等生產(chǎn)，而國(guó)內(nèi)對(duì)航空燃料需求量高達(dá)4000 萬(wàn)噸/年，勢(shì)必?zé)o法長(zhǎng)期支撐起國(guó)內(nèi)可持續(xù)航空燃料的供應(yīng)。于是，他便開(kāi)始以?xún)?chǔ)量更為豐富的木質(zhì)纖維素為原料，聚焦攻關(guān)木質(zhì)纖維素到生物航煤的烴類(lèi)轉(zhuǎn)化技術(shù)。

木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，主要包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。其中，纖維素是由六碳糖聚合而成的，半纖維素是由五碳糖聚合而成的，木質(zhì)素是由3 種醇單體（對(duì)香豆醇、松柏醇、芥子醇）聚合而成的。如何將具有復(fù)雜高分子結(jié)構(gòu)的木質(zhì)纖維素高效利用轉(zhuǎn)化為生物航煤（碳數(shù)分布為C8-C15 的烴類(lèi)燃料），始終困擾著眾多科研工作者。

針對(duì)上述難題，結(jié)合木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)特征，在課題團(tuán)隊(duì)的研究基礎(chǔ)上，閆瑞構(gòu)思了木質(zhì)纖維素先解聚得到糖及平臺(tái)化合物，再通過(guò)分子層面定向設(shè)計(jì)制備生物航煤含氧中間體，最終經(jīng)加氫脫氧得到生物航煤的技術(shù)路線。

為研發(fā)高性能催化劑，在舒興田院士的悉心指導(dǎo)下，閆瑞潛心研究催化劑的合成調(diào)控及其構(gòu)效關(guān)聯(lián)規(guī)律。舒興田高屋建瓴地從催化劑的結(jié)構(gòu)特征到其作用機(jī)制探索、從反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建到失活機(jī)理研究給他提出了很多建設(shè)性的意見(jiàn)，為他指引著前進(jìn)的方向。

最終，閆瑞通過(guò)設(shè)計(jì)定向轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系、錨定催化劑活性組分、調(diào)控載體協(xié)同作用，構(gòu)筑了多功能催化劑耦合高效反應(yīng)體系，打通了木質(zhì)纖維素?zé)N類(lèi)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)化學(xué)品的技術(shù)路線，完成了中國(guó)石化技術(shù)評(píng)議并實(shí)現(xiàn)了技術(shù)中試。

突破高性能催化劑技術(shù)瓶頸

木質(zhì)纖維素中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%，在木質(zhì)纖維素到烴類(lèi)液體燃料的反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的水。如何在長(zhǎng)周期高水熱環(huán)境中既能保證催化劑的高活性和高穩(wěn)定性又能避免高溫C-C 鍵斷裂，是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)難題。

為解決這一技術(shù)難題，急需研發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有選擇性吸附和斷裂C-O 鍵的新型高效催化劑。

2019 年，閆瑞從化學(xué)反應(yīng)和催化過(guò)程機(jī)理入手，梳理前期工作基礎(chǔ)和文獻(xiàn)調(diào)研情況，通過(guò)DFT 模擬計(jì)算不同活性組分吸附和斷裂C-O 鍵的活化能，優(yōu)選出能夠定向吸附和斷裂C-O 鍵的活性組分。

為錨定催化劑活性組分以提升其水熱穩(wěn)定性，閆瑞和團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，交換意見(jiàn)，形成諸多可實(shí)施方案并付諸實(shí)踐，最終確立了“低成本載體可控包覆、納米尺寸活性組分裸露”的催化劑設(shè)計(jì)目標(biāo)。作為團(tuán)隊(duì)帶頭人，閆瑞屢敗屢戰(zhàn)卻從不言棄，不斷調(diào)整催化劑合成方案以實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)。為加快科研進(jìn)度，他常常加班到深夜，在與倒班人員反復(fù)叮囑及確認(rèn)試驗(yàn)細(xì)節(jié)后才安心離開(kāi)。

功夫不負(fù)有心人。結(jié)合DFT 模擬計(jì)算，通過(guò)錨定催化劑活性組分、調(diào)控載體協(xié)同作用，由閆瑞團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能催化劑實(shí)現(xiàn)了溫和條件下C-O 鍵的定向吸附和斷裂，長(zhǎng)周期活性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：從木質(zhì)纖維素基糖平臺(tái)到生物航煤組分的碳摩爾收率高達(dá)94%，氧原子脫除率＞99.9%，比文獻(xiàn)中的國(guó)外同類(lèi)技術(shù)領(lǐng)先10%左右。

●供圖/中石化石科院

攻克催化劑百公斤級(jí)生產(chǎn)戰(zhàn)役

應(yīng)用于木質(zhì)纖維素?zé)N類(lèi)轉(zhuǎn)化技術(shù)的新型催化劑，采用了全新的制備工藝和流程。因此，在放大生產(chǎn)過(guò)程中遇到了諸多新困難和挑戰(zhàn)。

2020 年盛夏，為完成催化劑百公斤級(jí)生產(chǎn)、攻克成型技術(shù)，閆瑞奔赴合作單位催化劑長(zhǎng)嶺分公司，駐守在生產(chǎn)一線。當(dāng)時(shí)，生產(chǎn)車(chē)間和成型車(chē)間的溫度達(dá)到40℃，如同蒸籠讓人汗如雨下，而他一待就是幾個(gè)小時(shí)。

談起這段經(jīng)歷，他說(shuō)自己非常享受在長(zhǎng)嶺煉化的時(shí)光：每每夕陽(yáng)落下，靜謐的街道、美味的夜宵、滿(mǎn)滿(mǎn)的煙火氣，讓這個(gè)小鎮(zhèn)獨(dú)具風(fēng)情，讓他感覺(jué)全身的疲倦瞬間轉(zhuǎn)化為充實(shí)感和幸福感。

為精心籌備催化劑的百公斤級(jí)生產(chǎn)，閆瑞與催化劑長(zhǎng)嶺分公司就各項(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)逐一確認(rèn)，提前完成原料采購(gòu)、裝置清洗、操作指令編制等工作。按照計(jì)劃，催化劑的百公斤級(jí)生產(chǎn)需要依次經(jīng)過(guò)催化材料的合成、處理及成型，并要通過(guò)機(jī)械強(qiáng)度和催化性能的評(píng)價(jià)。

然而，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示第一次放大催化劑的機(jī)械強(qiáng)度難以滿(mǎn)足使用要求?；趪?yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作習(xí)慣，閆瑞毅然決定多駐留數(shù)日來(lái)攻克成型技術(shù)。

他結(jié)合催化材料的基本特征，深入思考催化劑成型失敗的關(guān)鍵因素和解決方法，從設(shè)備、環(huán)境、工藝等方面嚴(yán)格把關(guān)每一道程序和步驟，并針對(duì)性地調(diào)整催化劑成型配方及參數(shù)。通過(guò)系統(tǒng)性分析對(duì)比，他找到了解決成型問(wèn)題的核心控制參數(shù)。最終，經(jīng)過(guò)中型固定床評(píng)價(jià)后結(jié)果顯示，放大催化劑的性能優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室催化劑。

成績(jī)的背后，是辛勤的汗水和默默的付出。在和高溫持續(xù)作戰(zhàn)數(shù)周后，閆瑞成功完成了催化劑的百公斤級(jí)生產(chǎn)。那一刻，壓在他心中的沉重的包袱終于卸下了。凝結(jié)著研發(fā)團(tuán)隊(duì)幾年心血的結(jié)晶，終于花開(kāi)綻放。

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)。

閆瑞始終牢記習(xí)近平總書(shū)記對(duì)新時(shí)代青年的囑托，腳踏實(shí)地，勇于擔(dān)當(dāng)。對(duì)科研工作的堅(jiān)定信念，支撐著他克服催化劑構(gòu)筑、關(guān)鍵工藝開(kāi)發(fā)和中試放大生產(chǎn)中遇到的各種困難。

入職以來(lái)，他主持和參與了8 項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)科研課題。其中，在木質(zhì)纖維素的高附加值轉(zhuǎn)化和利用領(lǐng)域申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利33 件、發(fā)表核心期刊5 篇，牽頭開(kāi)發(fā)的木質(zhì)纖維素制生物燃料、添加劑及化學(xué)品技術(shù)完成了中國(guó)石化的評(píng)議，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)中試，獲得了省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)。

閆瑞與比爾蓋茨團(tuán)隊(duì)會(huì)談時(shí)，曾就應(yīng)對(duì)氣候變化的生物能源技術(shù)進(jìn)行交流討論。他說(shuō)：“比爾·蓋茨始終致力于解決人類(lèi)未來(lái)重大問(wèn)題的格局和魅力深深觸動(dòng)著我，將激勵(lì)著我不斷前行?！?/p>

提及未來(lái)的事業(yè)規(guī)劃，閆瑞滿(mǎn)眼堅(jiān)定地說(shuō)：“下一步，我們將繼續(xù)聯(lián)合相關(guān)單位全力攻堅(jiān)木質(zhì)纖維素?zé)N類(lèi)轉(zhuǎn)化技術(shù)的工業(yè)試驗(yàn)，積極推進(jìn)生物航煤產(chǎn)品臺(tái)架及適航審定，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素?zé)N類(lèi)轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用推廣?！?/p>