據介紹，傳統的熱解氣化技術的燃氣化效率只有65%，傳統厭氧發(fā)酵技術的燃氣化效率只有45.7%，兩個技術協同起來以后的燃氣化效率可以高達85%，實現了質的突破。

第三個思考是熱化學法×生物法技術交叉的關鍵科學問題。現在已經有一些企業(yè)在做這樣的嘗試，包括熱解氣化產生的燃氣通過生物法進行定向的制備，合成菌體蛋白或者生物乙醇等產物。要做的工作就是要解決其背后的關鍵科學問題，開發(fā)定向調控的秸稈和有機廢棄物氣化技術，調控氣體比例并降低氣體中的 有毒因子，為氣體發(fā)酵提供可靠的氣體來源。

第四個思考是聯產調控方法。因為生物質本身的特點就是靈活多樣，產物特別多。以熱解氣化技術為例進行解析，農林廢棄物生活垃圾可以通過這個技術生成半焦、焦油和清潔燃氣等三類主要產品，然后通過對氣化過程精準的控溫、限速、控氧，實現氣液固產率調控；通過原料預處理、源頭調配、以及氣化控制，實現對炭產品的品質調控；通過氣化控溫、限時以及催化劑使用，實現對焦油的精確控制。

第五個思考是使能系統再造。太陽能、風能、地熱能等可再生能源雖然在電能轉化方面具有一定的優(yōu)勢，但同時存在波動性大、不穩(wěn)定的特點，而且轉化產品單一，主要以電、熱、光為主。生物質既是一種能源載體，也是一種能源的存在形式，因此，將已有的可再生能源，比如太陽能、風能、電能、地熱能形成的這種初級能量產物耦合到生物質能上，可以實現能量向生物質能的傳遞與儲存、能量品質的提升，增強能源系統韌性。

這其中主要有兩個思路，一個是多場耦合使能系統驅動的一次轉化（能量），用太陽能或風能強化生物質的熱化學轉化過程；一個是多場耦合使能系統驅動的二次轉化（能質），用太陽能、風能形成的電去強化生物質熱化學轉化的產品屬性。

第六個思考是仿生設計與材料思路。用白蟻、牛胃、海洋仿生或者人胃的思路來去優(yōu)化或者設計創(chuàng)新生物質能源利用過程。比如研究須鯨如何獲取和轉化巨額能量，結合熱能、化學、生物、信息、材料、機械等多學科領域交叉的仿生技術思路，實現生物質的更高效的利用。

陳冠益教授帶頭，圍繞六大主要方向展開研究

李健介紹了他所在的研究團隊。團隊的總體研究方向是以多源生物質固廢為原料，基于熱解氣化為主，水熱、焚燒為輔的技術手段，開展環(huán)境、熱能、生物學科交叉創(chuàng)新研究。

該團隊擁有雄厚的研究力量。團隊負責人是陳冠益教授，是天津商業(yè)大學的副校長，天津大學/西藏大學教授，同時也是長江學者特聘教授、國家萬人計劃領軍人才，IEA（國際能源署）生物質氣化專題中國專家代表，ISO國際標準化組織TC255委員會--生物質燃氣環(huán)境與安全小組召集人。同時獲得國家科技進步二等獎2項、第三屆全國創(chuàng)新爭先獎、第九 屆僑界貢獻獎一等獎、國際生物過程學會（IBA）的Pandey杰出貢獻獎。

顏蓓蓓教授是國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者，天津市青年科技獎、天津市杰出青年基金獲得者。程占軍教授也是國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者。

陳冠益研究團隊主要圍繞以下六個方向展開研究工作。

第一個研究方向是面向氫-肥聯產的溫和氣化。通過控制關鍵反應環(huán)節(jié)實現產品產量、品質定向調控。 

第二個研究方向是基于厭氧發(fā)酵預處理的新型氣化。這是新型生物質氣化技術思路，目前在這方面已經做了五六年研究，取得了很好的效果。李健介紹，輕度發(fā)酵（可控預處理）能夠有效改善厭氧發(fā)酵剩余物的理化特性，通過梯度控制，制備可用于熱化學燃氣化的沼渣沼液。生物質原料經厭氧發(fā)酵微生物解聚后再進入氣化過程可有效降低氣化焦油的產生。

第三個研究方向是面向焦油徹底在線脫除的焦油微波催化裂解。傳統的生物質氣化面臨非常嚴重的焦油問題，容易形成堵塞管道，降低燃氣效率，導致安全運行風險。針對這樣的問題，研究團隊專門研發(fā)微波裝備脫除焦油，焦油脫除效率高于93.77%。充分發(fā)揮微波效應（等離子體）、熱效應和金屬催化效應協同作用，改變焦油裂解路徑，抑制積碳生成。同時團隊也研發(fā)了一系列裝備，取得了很好的效果。

第四個研究方向是面向多源工業(yè)有機固廢的熱解技術。主要是工業(yè)有機固廢（油泥、廢輪胎，合成漿等）的熱解氣化，工業(yè)有機固廢無機組分含量高，處理過程環(huán)保要求高，熱解氣化可實現對此類垃圾的有效減量、資源化利用以及污染控制。

第五個研究方向是熱解、氣化、燃燒過程模擬。這方面分為三個層次，首先是對于反應過程的機理方面的解析，團隊擁有比較領先的監(jiān)測分析平臺，即同步輻射光電機質樸分析技術。結合對于反應路徑的構建，以及反應過程中各種能量的計算形成了對路徑的模擬，再用這樣的模擬對反應產物進行預測。這個反應產物的預測可以用在內燃機燃燒過程中發(fā)動機的點火、熄滅、火焰?zhèn)鞑ヒ约拔廴疚锏目刂坪歪尫拧?/p>

同時，團隊也進行了低品質燃氣的無焰燃燒模擬，氣化燃氣組分復雜、熱值低、且含雜質，造成點火困難、燃燒不穩(wěn)定、污染物不易控制。團隊研發(fā)了無焰燃燒技術，可以實現低熱值，低品位氣的高效清潔燃燒。

團隊還對生物質熱解氣化進行了反向模擬設計，對于輸入端進行數據的提取，然后輸入到新型的熱解氣化模型過程中，建立起來輸入和輸出之間的影射關系，再利用啟發(fā)式算法和模糊控制理論實現逆向控制。通過了解客戶的需求，逆向推出客戶適合的氣化爐爐型和氣化工藝。針對這一研究，團隊申請了國際發(fā)明專利，獲得了很多軟件著作權。

第六個方向是面向未來固廢的光氧化-熱解。基于光固化3D打印廢塑料的光敏特性及熱解處置的能源化潛力，團隊提出光氧化-熱解耦合技術思路，可以有效去除光引發(fā)劑，提高熱解油的H/C比，實現熱解油的輕質化，從而提升熱解油品質。

在以上研究領域，陳冠益團隊取得了很多成果。比如，2015年，農林廢棄物清潔熱解氣化多聯產關鍵技術與裝備項目和基于3S維度的生物質固廢清潔高效燃氣能源化關鍵技術及應用項目分別在2015年和2020年獲得國家科學技術進步獎二等獎，陳冠益教授為第一獲獎人。同時，還拿到了省部級一等獎5項。累計發(fā)表文章450余篇，授權發(fā)明專利70余項(日本、美國、澳大利亞)，軟件登記6項，制定標準5項，主參編專著9部。

編輯：徐冰冰