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2011年，賀泓（中）與團隊成員在中國重汽產(chǎn)線做生產(chǎn)工藝研究。受訪者供圖
柴油車尤其是重型貨車堪稱“經(jīng)濟動脈”——承擔著全國70%以上的公路貨運量，是物流運輸和經(jīng)濟發(fā)展的“強勁引擎”。但這個“大力士”也有“副作用”，高頻次長途運行使其成為交通行業(yè)大氣污染的“頭號選手”。
氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）……這些柴油車排放的污染物，是我國大氣PM2.5和臭氧污染的主要“元兇”，全國NOx排放總量中約30%來自柴油車。
怎么啃下這塊“硬骨頭”？這是美麗中國建設(shè)的一道“必答題”，也是一個關(guān)乎自主技術(shù)的“卡脖子”難題。中國工程院院士、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心（以下簡稱“生態(tài)中心”）研究員賀泓帶領(lǐng)團隊以“催化劑技術(shù)”為突破口，二十五載砥礪前行，攻克了這道難題，并實現(xiàn)了技術(shù)的迭代升級。日前，賀泓團隊的研究成果獲得2024年度中國科學(xué)院杰出科技成就獎技術(shù)發(fā)明獎。
催化材料成為突破口
2001年，在海外深造工作11年的賀泓回到祖國。彼時的中國，正處于經(jīng)濟快速發(fā)展與環(huán)境保護并重的新階段。交通運輸行業(yè)是環(huán)境污染和碳排放的“大戶”之一。更嚴峻的是，盡管重型貨車的保有量不足10%，卻貢獻了超過50%的碳排放，其排放的NOx和PM分別占汽車總排放量的75.4%和52.1%，成為“高污染、高排放”的典型代表。
我國機動車污染排放標準從無到有、從“國一”到“國六”僅用20余年，這對重型柴油車污染控制技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。
“由于我國柴油車排放標準實施時間較歐美同類標準晚近10年，使得我國柴油車排放控制存在‘卡脖子’技術(shù)難題?！辟R泓回憶說。
與汽油車相比，柴油車采用富氧的燃燒模式，具有燃燒效率高、燃油經(jīng)濟性好的優(yōu)勢。然而，這一燃燒特點也帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)：提高柴油機燃燒效率會加劇熱力型NOx排放，形成難以協(xié)調(diào)的“蹺蹺板效應(yīng)”。
賀泓敏銳認識到：“關(guān)鍵在于高性能的后處理催化材料！”
作為柴油車排氣凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，催化材料的性能直接決定了NOx、PM等污染物的轉(zhuǎn)化效率及排放達標水平，是突破技術(shù)瓶頸、提高凈化效率的關(guān)鍵和難點所在。
機遇總是眷顧有準備的人。2001年，國家“863”計劃首次納入資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，賀泓團隊成功申請到首個柴油機NOx凈化技術(shù)研究課題。從此，他們開啟了長達25年的科研長跑，連續(xù)承擔“十五”到“十四五”期間的“863”計劃和國家重點研發(fā)計劃項目，在柴油車污染控制領(lǐng)域持續(xù)深耕。
從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化落地的25年長跑
在攻克柴油車尾氣凈化這一難題的過程中，賀泓團隊構(gòu)建了“原理性技術(shù)—工藝性技術(shù)—產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”全鏈條創(chuàng)新體系，開創(chuàng)了我國柴油車尾氣治理的新局面。
“我們的研究路徑很明確——先吃透催化反應(yīng)機制、實現(xiàn)高性能催化劑的設(shè)計合成，再利用產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)平臺，破解放大合成、涂覆成型等技術(shù)難題，最終實現(xiàn)自主可控生產(chǎn)以及規(guī)模化應(yīng)用?！辟R泓說。
這條看似清晰的科研路線，走起來卻充滿艱辛與變數(shù)。
最初，基于技術(shù)先進性考量，研究團隊選擇了以車載燃油和乙醇添加劑作為還原劑的碳氫選擇性催化還原（HC-SCR）技術(shù)路線實現(xiàn)NOx凈化。但2004年歐洲排放標準升級后，國際上側(cè)重于以尿素為還原劑的氨選擇性催化還原（NH3-SCR）技術(shù)路線，迫使團隊不得不轉(zhuǎn)向“雙軌并行”策略。
在技術(shù)推廣階段，研究團隊本想推廣更先進的HC-SCR技術(shù)，卻遭遇未曾料到的市場阻力。因此，他們不得不重新布局——既要考慮技術(shù)先進性，又要兼顧現(xiàn)實可行性。最終，他們優(yōu)先滿足國家重大需求，全力攻關(guān)NH3-SCR技術(shù)，成功研制出滿足“國四”至“國六”標準的系列后處理系統(tǒng)。
賀泓還組建了專項攻關(guān)團隊，成功實現(xiàn)了催化劑技術(shù)的迭代，完成了從傳統(tǒng)釩基催化劑到富鋁分子篩催化劑的技術(shù)跨越。
“每項突破都是集體智慧與努力的結(jié)晶?！辟R泓強調(diào)，團隊構(gòu)建了老中青結(jié)合、多學(xué)科交叉的創(chuàng)新梯隊，形成了覆蓋基礎(chǔ)研究到工程轉(zhuǎn)化的完整創(chuàng)新鏈條。
在這個團隊中，賀泓作為帶頭人，負責(zé)規(guī)劃研究方向和總體技術(shù)路線；催化劑關(guān)鍵原理及技術(shù)的攻關(guān)突破，主要由生態(tài)中心研究員余運波、何廣智與中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所（以下簡稱“城市所”）研究員連志華負責(zé)；而在中試驗證、放大生產(chǎn)和技術(shù)落地等環(huán)節(jié)，城市所研究員單文坡和生態(tài)中心研究員單玉龍發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
此外，研究團隊采用了“開放式攻關(guān)模式”，將深層次合作擴展到團隊外部。2012年，賀泓與浙江大學(xué)教授肖豐收的一次偶遇，促成了富鋁分子篩催化劑的聯(lián)合攻關(guān)。2015年，為解決控制系統(tǒng)的“卡脖子”問題，研究團隊與東風(fēng)商用車公司一起，研發(fā)自主控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了“催化劑-載體-封裝-控制”一整套全自主后處理系統(tǒng)的應(yīng)用，打破了國外公司的壟斷。
通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，研究團隊還與整車、整機廠和車用排氣后處理廠商等合作，研發(fā)了適配不同車型的后處理系統(tǒng)，已在超過500萬輛中重型柴油車上實現(xiàn)應(yīng)用，滿足“國四”“國五”“國六”排放標準，年減排NOx約200萬噸。同時，富鋁分子篩的高活性也為“史上最嚴”的“國六”排放標準實施提供了重要的科技保障。
回顧25年來從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科研長跑，賀泓有三點深刻體會：一是抓基礎(chǔ)，以理論創(chuàng)新引領(lǐng)技術(shù)突破；二是抓關(guān)鍵，打通科研成果轉(zhuǎn)化關(guān)鍵卡點；三是抓落地，滿足國家重大需求?！翱茖W(xué)研究要緊扣國家重大需求，從現(xiàn)實需求中凝練科學(xué)問題，把論文寫在祖國大地上?！辟R泓說。
把論文寫在祖國大地上
“科學(xué)無國界，但科學(xué)家有祖國。”一路走來，這句話始終印刻在賀泓心中。
賀泓曾立志做“基礎(chǔ)研究”，因為認識到“中國落后在‘技術(shù)’只是表象，根子在‘科學(xué)’，在于基礎(chǔ)研究里沒有原創(chuàng)的東西”。
然而，1998年，在一趟歸國航班上，他看到被污染的大氣像鍋蓋一樣籠罩在我國城市上空，毅然決定從應(yīng)用研究著手，開展環(huán)境治理研究。
為推動相關(guān)研究落地，他一路帶領(lǐng)團隊“過五關(guān)斬六將”，克服重重困難。
2010年與中國重汽的合作，就是其中一次考驗。為突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸，研究團隊在中國重汽的濟南廠區(qū)安營扎寨，老師、學(xué)生與企業(yè)工人同吃同住，共同攻關(guān)。夏天車間溫度超過40℃，冬天又冷得伸不出手，就這樣“夏練三伏、冬練三九”，他們終于協(xié)助中國重汽建立了首條符合“國四”“國五”標準的催化劑生產(chǎn)線。
然而，與單一企業(yè)合作不利于成果的推廣應(yīng)用。為轉(zhuǎn)變科研成果轉(zhuǎn)化模式、更好地推動成果落地，單文坡帶隊在寧波市北侖區(qū)建成先進的催化材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)平臺，打破了從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵工藝卡點，在柴油車尾氣凈化催化劑的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。
“科學(xué)精神就應(yīng)該是實事求是、求真務(wù)實、不怕困難、開拓創(chuàng)新?！辟R泓如是說。
他向記者分享了突破科技成果轉(zhuǎn)化瓶頸的3個策略。一是堅持以成果應(yīng)用和問題解決為導(dǎo)向，在與企業(yè)合作中不計較個人和團隊利益得失；二是科研人員進車間，共同攻關(guān)建產(chǎn)線；三是建立產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)平臺，與行業(yè)企業(yè)開展全方位合作，培養(yǎng)一批既懂技術(shù)研發(fā)又精通后處理系統(tǒng)的復(fù)合型人才。
賀泓表示，獲得中國科學(xué)院杰出科技成就獎，既是對團隊數(shù)十年如一日堅持創(chuàng)新的高度認可，凸顯了科技創(chuàng)新在破解環(huán)境治理難題中的核心價值，也是對未來科研航向的指引。
“經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，當前我國交通運輸行業(yè)減污降碳協(xié)同增效已進入‘深水區(qū)’。我們將持續(xù)深耕基礎(chǔ)研究，著力突破技術(shù)難關(guān)，加速推進新一代清潔柴油車和碳中和燃料內(nèi)燃機排放控制技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為全球環(huán)境治理貢獻‘中國方案’?！辟R泓表示。（記者馮麗妃）
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