许涛：能源绿色蝶变进行时

刘玉杰

生于江苏江阴，辗转武汉、多伦多、墨尔本，为实现能源的“变绿”，在能源化工和洁净技术领域孜孜以求绿色高效发展之路;

在加拿大Cestoil化学公司、澳大利亚莫纳什大学致力于能源热化学转化研究，为热解与气化过程的反应机制、演化机理、迁移特性寻找密码;

获得澳大利亚BCIA优秀奖励，成功入选澳大利亚Postgraduate Publication Award（PPA奖励），其研究成果受到国际广泛关注，多项成果受到美国、英国、韩国、日本等国家和地区的同行专家肯定。

他就是许涛，就职于西安科技大学，目前担任美国化工学会高级会员、国际燃烧学会会员、国际石油工程学会会员、澳大利亚工程师协会会员。十余年来辗转各地求索，许涛只为圆一个能源绿色化的梦，如今，他把这个梦想安放在了祖国的大地上。

结缘环境工程

许涛与环境打交道，始于21世纪初。那时候，他在华中科技大学环境工程专业攻读学士和硕士学位。选择环境工程，他的想法是“到祖国最需要的地方做点有意义的事”。

21世纪初，中国处于高速发展期。但是，传统经济发展方式带来的生态问题越来越严重。高耗能、高污染，不仅消耗了大量的能源和资源，而且给经济和社会可持续发展带来了严峻挑战。在走向生态文明的过程中，绿色发展作为生态文明建设的模式，成为引领人类社会发展方式变革的方向。

许涛希望通过自己所学，为能源变绿作一点力所能及的贡献。所以，在高考志愿填报书上，他坚定地选择了环境工程专业。从此，许涛走上了绿色能源的探索之路。“绿色发展在经济领域表现为绿色经济。它的一个重要特征，就是资源与环境是生产力发展的要素，必须把自然资源的价值和污染治理、生态恢复的成本纳入GDP和国民财富核算。同时，绿色发展也不能单纯追求生态而付出其他方面的极大代价，应该实现经济效益和生态效益的有机统一。”许涛娓娓道来。

在具体研究过程中，许涛的着力点是通过热转化技术，实现能源的清洁、高效利用。许涛介绍：“这一技术，将含碳燃料，包括煤炭、生物质、塑料等，通过加热转化成相关的燃气，如甲烷、一氧化碳、氢气等，或转化为相关的燃料液体，如汽油等。在此基础上，还可以通过深加工转化为化工产品，如二甲醚、塑料乙烯、己二腈及其他可替代能源等。”在这一领域，许涛的研究主攻方向：一是在热化学转化领域关注生物质燃料，如秸秆、锯屑等，研究如何将其转化为清洁燃料和高价值的化学品;二是低阶煤的深加工，如制油等。许涛举例说，“煤气供热，就是利用热化学转化技术，把煤炭转化成富含一氧化碳和甲烷的燃气。含碳燃料，如生物质、固废、秸秆等，利用热化学技术转化成燃气、化学品、油品等，能够实现能源的绿色利用”。

十多年来，许涛辗转中国、加拿大、澳大利亚等地，在世界知名大学实验室致力于煤与生物质热化学转化研究，主持了澳大利亚褐煤创新组织研究项目、加拿大Cestoil公司研究项目、澳大利亚同步辐射加速器研究项目等，还参与了澳大利亚同步辐射加速器研究项目、国家原“863”计划、国家自然科学基金面上项目、湖北省自然科学基金重点项目等相关科研课题十余项，他在一线积累的扎实经验为后期厚积薄发奠定了坚实基础。

深耕热转化技术

褐煤，又名柴煤，是煤化程度低的矿产煤。它介于泥炭与沥青煤之间，水分高达15%～60%，挥发成分大于40%，含游离腐植酸。在空气中，它极易风化碎裂，燃点低至270℃左右，储存超过两个月就易发火自燃。因此，它的市场利用程度很有限。

辩证统一是事物的特性。褐煤也不例外。在澳大利亚维多利亚州，褐煤资源极其丰富。为了解决单纯燃烧发电带来的环境污染和资源浪费问题，维多利亚成立了褐煤创新研究中心。许涛在澳大利亚所做的事，就是跟随莫纳什大学的导师，为褐煤的清洁利用寻找可持续发展路径。

“低阶煤的利用与转化，就是将褐煤通过热化学过程如气化，转化为更高价值的清洁能源”，许涛喜欢用极简方式讲述他的研究。在莫纳什大学化工系研究期间，许涛正是遵循这样一条路径进行探索的。他将研究重点定位在1000℃～1400℃条件下褐煤的气流床气化特性，尤其是颗粒运动模式、温度、反应气浓度和停留时间对碳转化率、合成气产量和组成的影响。

气化过程是热化学转化最关键的过程之一。许涛从研究高温气流床的气化过程入手，研究褐煤的绿色利用。他设计了比较的方法：通过对比两种不同的气化方式，许涛首次定量分析出气流床气化过程中各化学反应对最终气化产物与气化效率的具体贡献;通过对比中国、澳大利亚、美国等世界三大主流褐煤的气流床煤粉气化特性，发现3个国家的褐煤在1200℃都能达到很高的碳转化率，澳大利亚褐煤在气化过程中释放了最少的HCN、NH3和H2S，而美国与中国褐煤分别释放了最多的NH3和H2S。这项研究为中国、美国与澳大利亚褐煤的大型工业化气化生产提供了有用数据，也为设计国际通用化，尤其是能适应不同国家煤种的商业化气化系统提供了有利依据。

第二项重点研究是低阶煤热解与气化过程中无机矿物质的转变与颗粒物化特性的变化。“这涉及对气流床气化过程中无机物反应规律的理解，”许涛解释，“对了解褐煤矿物质迁移与转化过程具有重要价值。”研究过程中，许涛对不同温度下热解与气化产生的固体产物进行了定性与定量分析，结果发现低阶煤里的无机矿物质主要在1000℃～1400℃的高温条件下发生转变反应，揭示了氣流床褐煤热解与气化过程中，无机矿物质的转化反应途径与颗粒物化特性的变迁规律。这一研究成果，得到了美国肯塔基大学应用能源研究中心教授的充分肯定。

此外，为了深入理解煤热解过程，提高褐煤的利用效率。许涛还选择官能团进行解剖式研究。“官能团是决定有机化合物化学性质的原子或原子团，对有机物的性质起决定作用。”许涛认为在热解过程中，官能团起重要作用。他利用同步加速器原位红外色谱，研究低阶煤热解过程中官能团的迁移释放规律。澳大利亚技术与工程学院院士Ranjith Pathegama Gamage教授在Fuel期刊上对许涛的研究成果高度认同，指出其“为分析检测热解过程提供了新方法和新工具，也为热解过程的研究提供了新思路”。

通过褐煤的绿色发展研究，许涛在煤炭绿色转化技术的仿真模拟、实验测试以及理论研究等方面做了大量艰苦的工作。“他解决了煤基气流床热解和气化研究中的相关难题，特别是对煤基气流床气化的化工过程和热解机理方面有较大的突破和创新，”多位煤化工专家如是说，“其研究成果對于实现煤炭资源的高效清洁深度开发具有重要理论和现实意义，为提高煤基替代能力提供了科技支撑。”

挖矿“富油煤”

能源是现代化的基础和动力。但是，中国的石油对外依存度却超过70%，成为全球最大的石油进口国。如何改变这一局面？

“推进煤炭清洁、高效利用，提升油气自给能力，是一条可持续发展之路”，计划回国后，许涛就开始聚焦国家发展需要，将自己的研究目标定位到“优化能源结构，发展清洁、低碳能源，加快构建清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系”。通过调查研究，许涛看到“相对于中国丰富的煤炭资源，发展高效低碳的煤制油技术是煤炭清洁利用和能源安全战略的重要方向。但是，当前煤制油技术存在产物收率低、焦油品质差、系统易堵塞等问题”。因此，他希望从丰富的煤炭资源中找到能源可持续发展的绿色之路。

说干就干。2019年，许涛回国发展。他选择到矿业工程、采矿工程、供热、供燃气、通风及空调工程等领域具有优势的西安科技大学能源学院，将研究重点定位在低阶煤绿色分质加工与转化的技术研究上，重点关注富油煤热解制油和碳基材料高效转化相关的C-H键和C-O键的催化活化及C-C偶联等反应;同时探索碳基能源创新利用，重点优化反应历程，开展西部煤炭深度利用的基础与应用基础研究。

在研究过程中，许涛带领团队创新化工方法，“反弹琵琶”，将与“热转化技术”相对的“超低温冷冻技术”应用于煤制油领域，同时将现有最大加热速度即闪速加热提高一个数量级至超高速加热，提出“超低温冷冻+超高速热解”煤制油新方法，服务于能源领域的发展。

富油煤在许涛看来，是提升油气自给能力的富矿。“我国西部鄂尔多斯盆地富油煤资源丰富，已查明的富油煤储量就达6500多亿吨，”许涛说，“根据煤田地质学的定义，焦油产率大于7%的煤炭为富油煤。如果能将丰富的富油煤高效转化为液体燃料，将实现中国石油的完全自给，重塑全球能源格局。”中国工程院院士王双明非常支持许涛的观点，他说：“富油煤不仅是煤，更是煤基的油气资源。若在煤炭热解技术和规模化发展上取得突破，西部地区丰富的煤炭资源可替代1～2个大油田。”

许涛算了一笔账，“按富油煤10%的煤制油转化率和当前中国7亿吨/年的石油消耗量计算，富油煤将满足中国90多年的石油需求”。许涛坚信，开发清洁高效的富油煤制油技术具有重要社会经济意义，也是我国能源战略安全的重要保障。因此，他聚焦煤制油的前沿问题，针对西部富油煤清洁高效利用的重大需求，重点开展富油煤解聚提油创新性研究，为煤炭的低碳高效利用与转化提供独特的解决方案。

许涛以西部富油煤为实验对象，采用真空低温冷冻技术预处理+闪速热解的煤制油新方法，研究不同冷冻温度和冷冻速度下煤物理-化学-分子结构特性演化，分析煤真空冷冻预处理后热解性能与热解产物的演变，确定温度和加热速度对低温煤一次热解反应与二次气相反应的影响机制，建立低温煤闪速热解反应动力学模型，为煤炭清洁高效利用提供新途径。

解决“卡脖子”技术的同时，许涛坚持科研与教学两条腿走路，他知道，未来的科技发展要靠人才。在本科生和研究生的教学过程中，他关注新方向、新动态，为同学们引进国外最新权威教材，同步国际能源类学科最近研究进展，拓宽能源学院在矿业工程学科的科研领域，增强行业影响力，为绿色能源发展培养后备人才。

思路清晰、思维活跃、创新力强，是许涛的科研伙伴对他最深的印象;刻苦钻研、团结互助、尊师爱生，是许涛的老师、学生深爱他的理由。多年来，奋战在绿色环保一线，许涛的梦想是“绿水青山”。作为能源化工和洁净煤技术领域的科研新星，他一直践行的，就是“祖国哪里需要我，我就到哪里”。

为能源变绿护航，征途漫长，许涛整装再出发……