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徐俊明:向生物质能源要效益

发布时间:2016/12/14

  国家自然科学基金自2012年设立的“优秀青年科学基金”,是国家杰出青年基金的铺垫性科技支撑基金,也被称为“小杰青”。该基金主要支持具备5年-10年科研经历并取得一定科研成就的青年科学技术人员,鼓励他们在科研一线锐意进取、开拓创新,自主选择研究方向开展基础研究。基金每年在全国资助约400名优秀青年学者。自设立以来,中国林科院有3位优秀青年获得其资助。今日起,本栏目依次介绍2014年首次获得此基金资助的中国林科院林产化学工业研究所专家徐俊明,以及2016年获得此基金资助的中国林科院林产化学工业研究所的饶小平、桉树研究开发中心的陈帅飞。

 

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     要不是因为约好了等在那里,如果擦身而过,我一定以为徐俊明就是一个普普通通的研究生。可不得不敬佩的是,眼前这个研究生样的“80后”,不仅是研究员、硕士研究生导师,还是中国林科院林产化学工业研究所(简称林化所)生物质能源研究室的副主任,而且荣誉一大串,专利一大把,论文一大堆,课题许多项。


     徐俊明入选中共中央组织部“万人计划”、第二批“国家林业局百千万人才工程”,获得第十四届“中国青年科技奖”,第十三届“林业青年科技奖”,第四届“中国林科院杰出青年”。他已申请发明专利25项,其中12项已获授权,以第一作者及通讯作者发表的20余篇论文被SCI收录。他作为项目负责人,承担着10余项国家及省部级课题。2014年,他成为林业行业首个获得国家自然科学基金“优秀青年科学基金”资助的青年专家。


     面对记者的惊叹,徐俊明幽默地说,正如互联网时代成就了马云,他的研究内容有幸契合了这个时代的发展需求,所以取得了以上成绩。


     徐俊明原本并不熟悉林业。高中毕业时,一心想离开家乡无锡的他考进了青岛化工学院,在那里一举拿下了化工专业的学士和硕士学位。硕士毕业后,他又想回到家乡,在导师的推荐下,考进了位于江苏省南京市的林化所攻读博士,师从林化所原所长蒋剑春。


     一头扎进林产化工这片蓝海后,徐俊明很快如鱼得水。因为相比于其他林业院校或科研院所里土生土长的博士,他的化学专业帮了大忙,基础更稳,知识面更宽,功底更扎实,开展相关研究相对轻松一些。


     徐俊明重点研究的内容是:如何将废弃木质纤维和油脂资源通过热化学定向转化制备液体燃料。


     据介绍,目前,我国的废弃生物质资源非常多,年产量达7亿多吨,最常见的就是农业秸秆、林业板材加工剩余物,以及居民小区里的废旧家具。这些废弃资源如果不得到有效利用,不仅会造成大量的资源浪费,还会对环境造成破坏。比如常见的秸秆焚烧会导致严重的大气污染。但由于废弃的木材等生物质品质参差不齐,比如已经加工过的板材已被切割,没有办法作为标准板材来加工新的家具,所以目前只能进行低质化的回收利用。此外,还有更大量的农业秸秆、林木锯屑,这些都需要进行合理利用,同时对国家资源的高效利用也是一个重要的补充。


     “很多人都在动脑筋。要解决这一问题,最重要的,就是加工产品要有高的附加值,经济上过关了,才会有推广前景。”徐俊明说,他们的研究所取得的重大突破,就是在木质纤维热化学转化研究中,首次发现了一种液化催化体系,利用这种方法既能快速降解废弃生物质,又能定向切断纤维素结构中单糖与单糖之间的化学键,将生物质中的有效组分快速分离。


     这一方法的特点是,尽可能地保持了生物质中有效组分的反应活性,得到两种平台类的化合物,进一步开发能够得到表面活性剂、食品添加剂、生物燃料添加剂等多种高值化产品,这些产品性能优良,能够替代现有的从石油中提炼的各种化学品。这一技术解决了常规液化过程反应不可控、液体产品成分复杂、精炼难度大等问题,从而提升了液化油的应用价值,对提高木质纤维素液化产品的实际应用价值具有很重要的意义。


     徐俊明等取得的另一项重要成果也意义非凡,他们的研究大大降低了废弃油脂的热化学转化成本和产品品质。


     据悉,废弃油脂包括两大类,一类是我们俗称的“地沟油”,主要来源于餐厨的废弃料,另一类是食用油脂厂加工毛油产生的皂脚和油脚。每年,我国这两大类废弃油脂的总量大概有800万吨,处理不好的话,会对我国生态环境,特别是水资源造成十分严重的破坏。


     我国处理废油脂的主要方式是做成生物柴油,这也是目前国际上许多国家采用的办法。但是,这种办法目前很难出效益,原因有两点,一是废弃油脂价格波动很大,国际油价一涨,“地沟油”的价格也飙升,企业的利润空间就被压缩;另一方面,就是操作成本,直接用废弃油脂生产的生物柴油,杂质、酸价等多项指标不达标,因此必须要进行降酸前处理、催化剂后处理、精馏分离等操作单元,要用各种储罐、反应罐、催化剂处理,所以经常说“生物柴油生产就是占地一大片、设备一大串,产量一点点”。


     对此,徐俊明课题组的研究重点就是,尽可能地精简操作单元,降低生产成本。他创新提出了碱性热化学转化的定向控制方法,显著提升了燃料油的品质,其冷滤点(低温流动性)能够达到-20℃,为进一步开发高品质的航空燃油奠定了坚实基础;通过进一步开发的生物油脂裂解反应-精馏耦合技术,实现了裂解燃油分子的质量控制,使得裂解生物燃油产品质量达到国家标准(GB/20828-2007)。这一技术大大拓宽了废弃油脂资源的应用范围,对该类资源的高值化、资源化利用具有重要的指导价值。目前,他们成功建成了年产5000吨的中试示范装置。


     徐俊明说:“油脂的热化学技术说白了,就是把废弃油脂的裂解反应和分离反应在同一过程中实现了。这个技术是不需要预处理的,各种杂质直接形成了一小部分重油,原料的60%-70%可以直接转化为航空煤油和柴油组分。目前我们的研究已经和南京航空航天大学建立了紧密的合作研究关系,大大拓宽了生物质燃油的应用范围。”


     不管是秸秆、旧木板,还是“地沟油”,徐俊明从事的两项重要研究都非常贴近生活,都是工业化生产中迫切需要解决的关键问题。他的这些“改造世界”的成果一旦应用到实际生产中,不仅能极大地推进资源的循环利用,而且也非常有市场潜力。


     “目前,这两项技术还有一些不完善的地方,需要在中试、推广过程中去解决,只有经过时间的检验,被市场广泛地认可和接受,才是真正攻克了难题。”徐俊明表示,将充分利用国家自然科学基金“优秀青年科学基金”等项目的支持,坚持不懈地推进相关研究。


     特别值得一提的是,2016年初,徐俊明被国家自然基金委“借”去帮忙一年。他说,这是一个求之不得的学习机会,在国家自然基金委这个平台上,他了解到了学术领袖们都在想什么、做什么,极大地开阔了他的研究视野。此外,他也领悟到了科研工作者不仅要做好研究,还要学会用通俗的语言清楚表述专业思想。


     作为一个崭露头角的青年科技工作者,徐俊明认为,大家的聪明才智都差不多,要取得研究的成功,就要花时间和精力,有投入,才能有收获。(作者:潘春芳温雅莉王建兰)