許濤：能源綠色蝶變進行時

【劉玉傑/科學中國人】

生於江蘇江陰，輾轉武漢、多倫多、墨爾本，為實現能源的“變綠”，在能源化工和潔淨技術領域孜孜以求綠色高效發展之路；

在加拿大Cestoil化學公司、澳大利亞莫納什大學致力於能源熱化學轉化研究，為熱解與氣化過程的反應機制、演化機理、遷移特性尋找密碼；

獲得澳大利亞BCIA優秀獎勵，成功入選澳大利亞Postgraduate Publication Award（PPA獎勵），其研究成果受到國際廣泛關注，多項成果受到美國、英國、韓國、日本等國家和地區的同行專家肯定。

他就是許濤，就職於西安科技大學，目前擔任美國化工學會高階會員、國際燃燒學會會員、國際石油工程學會會員、澳大利亞工程師協會會員。十餘年來輾轉各地求索，許濤只為圓一個能源綠色化的夢，如今，他把這個夢想安放在了祖國的大地上。

《科學中國人》封二人物——許濤

結緣環境工程

許濤與環境打交道，始於21世紀初。那時候，他在華中科技大學環境工程專業攻讀學士和碩士學位。選擇環境工程，他的想法是“到祖國最需要的地方做點有意義的事”。

21世紀初，中國處於高速發展期。但是，傳統經濟發展方式帶來的生態問題越來越嚴重。高耗能、高汙染，不僅消耗了大量的能源和資源，而且給經濟和社會可持續發展帶來了嚴峻挑戰。在走向生態文明的過程中，綠色發展作為生態文明建設的模式，成為引領人類社會發展方式變革的方向。

許濤希望透過自己所學，為能源變綠作一點力所能及的貢獻。所以，在高考志願填報書上，他堅定地選擇了環境工程專業。從此，許濤走上了綠色能源的探索之路。“綠色發展在經濟領域表現為綠色經濟。它的一個重要特徵，就是資源與環境是生產力發展的要素，必須把自然資源的價值和汙染治理、生態恢復的成本納入GDP和國民財富核算。同時，綠色發展也不能單純追求生態而付出其他方面的極大代價，應該實現經濟效益和生態效益的有機統一。”許濤娓娓道來。

在具體研究過程中，許濤的著力點是透過熱轉化技術，實現能源的清潔、高效利用。許濤介紹：“這一技術，將含碳燃料，包括煤炭、生物質、塑膠等，透過加熱轉化成相關的燃氣，如甲烷、一氧化碳、氫氣等，或轉化為相關的燃料液體，如汽油等。在此基礎上，還可以透過深加工轉化為化工產品，如二甲醚、塑膠乙烯、己二腈及其他可替代能源等。”在這一領域，許濤的研究主攻方向：一是在熱化學轉化領域關注生物質燃料，如秸稈、鋸屑等，研究如何將其轉化為清潔燃料和高價值的化學品；二是低階煤的深加工，如制油等。許濤舉例說，“煤氣供熱，就是利用熱化學轉化技術，把煤炭轉化成富含一氧化碳和甲烷的燃氣。含碳燃料，如生物質、固廢、秸稈等，利用熱化學技術轉化成燃氣、化學品、油品等，能夠實現能源的綠色利用”。

十多年來，許濤輾轉中國、加拿大、澳大利亞等地，在世界知名大學實驗室致力於煤與生物質熱化學轉化研究，主持了澳大利亞褐煤創新組織研究專案、加拿大Cestoil公司研究專案、澳大利亞同步輻射加速器研究專案等，還參與了澳大利亞同步輻射加速器研究專案、國家原“863”計劃、國家自然科學基金面上專案、湖北省自然科學基金重點專案等相關科研課題十餘項，他在一線積累的紮實經驗為後期厚積薄發奠定了堅實基礎。

許濤

深耕熱轉化技術

褐煤，又名柴煤，是煤化程度低的礦產煤。它介於泥炭與瀝青煤之間，水分高達15%～60%，揮發成分大於40%，含遊離腐植酸。在空氣中，它極易風化碎裂，燃點低至270℃左右，儲存超過兩個月就易發火自燃。因此，它的市場利用程度很有限。

辯證統一是事物的特性。褐煤也不例外。在澳大利亞維多利亞州，褐煤資源極其豐富。為了解決單純燃燒發電帶來的環境汙染和資源浪費問題，維多利亞成立了褐煤創新研究中心。許濤在澳大利亞所做的事，就是跟隨莫納什大學的導師，為褐煤的清潔利用尋找可持續發展路徑。

“低階煤的利用與轉化，就是將褐煤透過熱化學過程如氣化，轉化為更高價值的清潔能源”，許濤喜歡用極簡方式講述他的研究。在莫納什大學化工系研究期間，許濤正是遵循這樣一條路徑進行探索的。他將研究重點定位在1000℃～1400℃條件下褐煤的氣流床氣化特性，尤其是顆粒運動模式、溫度、反應氣濃度和停留時間對碳轉化率、合成氣產量和組成的影響。

氣化過程是熱化學轉化最關鍵的過程之一。許濤從研究高溫氣流床的氣化過程入手，研究褐煤的綠色利用。他設計了比較的方法：透過對比兩種不同的氣化方式，許濤首次定量分析出氣流床氣化過程中各化學反應對最終氣化產物與氣化效率的具體貢獻；透過對比中國、澳大利亞、美國等世界三大主流褐煤的氣流床煤粉氣化特性，發現3個國家的褐煤在1200℃都能達到很高的碳轉化率，澳大利亞褐煤在氣化過程中釋放了最少的HCN、NH3和H2S，而美國與中國褐煤分別釋放了最多的NH3和H2S。這項研究為中國、美國與澳大利亞褐煤的大型工業化氣化生產提供了有用資料，也為設計國際通用化，尤其是能適應不同國家煤種的商業化氣化系統提供了有利依據。

第二項重點研究是低階煤熱解與氣化過程中無機礦物質的轉變與顆粒物化特性的變化。“這涉及對氣流床氣化過程中無機物反應規律的理解，”許濤解釋，“對了解褐煤礦物質遷移與轉化過程具有重要價值。”研究過程中，許濤對不同溫度下熱解與氣化產生的固體產物進行了定性與定量分析，結果發現低階煤裡的無機礦物質主要在1000℃～1400℃的高溫條件下發生轉變反應，揭示了氣流床褐煤熱解與氣化過程中，無機礦物質的轉化反應途徑與顆粒物化特性的變遷規律。這一研究成果，得到了美國肯塔基大學應用能源研究中心教授的充分肯定。

此外，為了深入理解煤熱解過程，提高褐煤的利用效率。許濤還選擇官能團進行解剖式研究。“官能團是決定有機化合物化學性質的原子或原子團，對有機物的性質起決定作用。”許濤認為在熱解過程中，官能團起重要作用。他利用同步加速器原位紅外色譜，研究低階煤熱解過程中官能團的遷移釋放規律。澳大利亞技術與工程學院院士Ranjith Pathegama Gamage教授在Fuel期刊上對許濤的研究成果高度認同，指出其“為分析檢測熱解過程提供了新方法和新工具，也為熱解過程的研究提供了新思路”。

透過褐煤的綠色發展研究，許濤在煤炭綠色轉化技術的模擬模擬、實驗測試以及理論研究等方面做了大量艱苦的工作。“他解決了煤基氣流床熱解和氣化研究中的相關難題，特別是對煤基氣流床氣化的化工過程和熱解機理方面有較大的突破和創新，”多位煤化工專家如是說，“其研究成果對於實現煤炭資源的高效清潔深度開發具有重要理論和現實意義，為提高煤基替代能力提供了科技支撐。”

許濤參加第三屆國際低階煤研討會

挖礦“富油煤”

能源是現代化的基礎和動力。但是，中國的石油對外依存度卻超過70%，成為全球最大的石油進口國。如何改變這一局面？

“推進煤炭清潔、高效利用，提升油氣自給能力，是一條可持續發展之路”，計劃回國後，許濤就開始聚焦國家發展需要，將自己的研究目標定位到“最佳化能源結構，發展清潔、低碳能源，加快構建清潔、高效、安全、可持續的現代能源體系”。透過調查研究，許濤看到“相對於中國豐富的煤炭資源，發展高效低碳的煤制油技術是煤炭清潔利用和能源安全戰略的重要方向。但是，當前煤制油技術存在產物收率低、焦油品質差、系統易堵塞等問題”。因此，他希望從豐富的煤炭資源中找到能源可持續發展的綠色之路。

說幹就幹。2019年，許濤回國發展。他選擇到礦業工程、採礦工程、供熱、供燃氣、通風及空調工程等領域具有優勢的西安科技大學能源學院，將研究重點定位在低階煤綠色分質加工與轉化的技術研究上，重點關注富油煤熱解制油和碳基材料高效轉化相關的C-H鍵和C-O鍵的催化活化及C-C偶聯等反應；同時探索碳基能源創新利用，重點最佳化反應歷程，開展西部煤炭深度利用的基礎與應用基礎研究。

在研究過程中，許濤帶領團隊創新化工方法，“反彈琵琶”，將與“熱轉化技術”相對的“超低溫冷凍技術”應用於煤制油領域，同時將現有最大加熱速度即閃速加熱提高一個數量級至超高速加熱，提出“超低溫冷凍+超高速熱解”煤制油新方法，服務於能源領域的發展。

富油煤在許濤看來，是提升油氣自給能力的富礦。“我國西部鄂爾多斯盆地富油煤資源豐富，已查明的富油煤儲量就達6500多億噸，”許濤說，“根據煤田地質學的定義，焦油產率大於7%的煤炭為富油煤。如果能將豐富的富油煤高效轉化為液體燃料，將實現中國石油的完全自給，重塑全球能源格局。”中國工程院院士王雙明非常支援許濤的觀點，他說：“富油煤不僅是煤，更是煤基的油氣資源。若在煤炭熱解技術和規模化發展上取得突破，西部地區豐富的煤炭資源可替代1～2個大油田。”

許濤算了一筆賬，“按富油煤10%的煤制油轉化率和當前中國7億噸/年的石油消耗量計算，富油煤將滿足中國90多年的石油需求”。許濤堅信，開發清潔高效的富油煤制油技術具有重要社會經濟意義，也是我國能源戰略安全的重要保障。因此，他聚焦煤制油的前沿問題，針對西部富油煤清潔高效利用的重大需求，重點開展富油煤解聚提油創新性研究，為煤炭的低碳高效利用與轉化提供獨特的解決方案。

許濤以西部富油煤為實驗物件，採用真空低溫冷凍技術預處理+閃速熱解的煤制油新方法，研究不同冷凍溫度和冷凍速度下煤物理-化學-分子結構特性演化，分析煤真空冷凍預處理後熱解效能與熱解產物的演變，確定溫度和加熱速度對低溫煤一次熱解反應與二次氣相反應的影響機制，建立低溫煤閃速熱解反應動力學模型，為煤炭清潔高效利用提供新途徑。

解決“卡脖子”技術的同時，許濤堅持科研與教學兩條腿走路，他知道，未來的科技發展要靠人才。在本科生和研究生的教學過程中，他關注新方向、新動態，為同學們引進國外最新權威教材，同步國際能源類學科最近研究進展，拓寬能源學院在礦業工程學科的科研領域，增強行業影響力，為綠色能源發展培養後備人才。

思路清晰、思維活躍、創新力強，是許濤的科研夥伴對他最深的印象；刻苦鑽研、團結互助、尊師愛生，是許濤的老師、學生深愛他的理由。多年來，奮戰在綠色環保一線，許濤的夢想是“綠水青山”。作為能源化工和潔淨煤技術領域的科研新星，他一直踐行的，就是“祖國哪裡需要我，我就到哪裡”。

為能源變綠護航，征途漫長，許濤整裝再出發……