对话松材人丨刘应书:凡是能成事的人离不开认真和勤奋

2022-12-06
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刘应书,气体净化材料团队负责人,曾获国家科技进步奖特等奖、国家科技进步奖二等奖

 

科研微观

1、为什么会在退休休息的年纪依然坚持科研一线建设团队、做产业化?

我参与了国家十一五、十二五、十三五研发计划项目,拿了几千万的科研经费,也积累了一些科研成果,而且这些成果是解决环保问题的,关系着国计民生,我觉得我有责任要把这些科研成果做成产业化。

 

2、对于企业来说,环保可能不会产生经济效益,你们是怎么说服企业去做环保这个事?

确实是这样。对于企业来说,搞环保初期投资是投入,后面运行也是投入,它是只有花费没有收入的,但是在我们科研人的角度来讲,污染物都是宝贝。

我在这边建团队的初心是想要实现氮氧化物资源化。氮氧化物,比如说一氧化氮、二氧化氮,如果我们能把氮氧化物从污染气体里面分离出来的话,它是有用的,工业上还要专门生产氮氧化物,比如说用来做化肥。

现在针对氮氧化物排放问题,主流的环保手段是用化学方法,在催化剂的作用下,把氮氧化物与氨气或氨水反应,让它形成氮气和水,排放到空气中,但这种方法会有个问题,一部分氨会跑出来再和空气中的氮氧化物反应变成硝酸氨,加速雾霾产生。

所以我们现在用的是物理方法,叫吸附,完整保留这个氮氧化物,这样就可以将之变为氮氧化物气体产品。但是这里面要解决的技术问题有很多,首先吸附氮氧化物的材料,我们叫吸附剂,这个吸附剂是我们新研发出来,市面上买不到,这整个技术思路也是全新的,没有前车之鉴。

NOx吸附净化资源化照片(邯郸钢铁)

这个创新的思路和方法得到了国家“十三五”重点研发计划的立项支持,去年下半年,我们在邯郸钢铁公司做成了一个5万立方米厂房的示范工程,非常顺利地获得了二氧化氮的产品,打通了全过程的技术路线,证明了这个思路和技术路线能走得通、能同时产生环保效益和经济效益。

 

3、氮氧化物的排放主要集中在大型的钢铁厂、水泥厂、玻璃厂,但是东莞事实上很少这样的工厂,在东莞开展这个产业化会不会难度很大?

是的。我们是实验室第三批创新样板工厂的最后一个团队,我以前有做过科研成果产业化工作,但是成立公司、做总经理还是第一次。去年元旦团队刚建立,我便开始在东莞调研市场、走访企业。在这个过程中,我发现东莞排放VOCs 的企业较多。要知道,氮氧化物和VOCs目前都是国家“十四五”重点控制的环保指标,这两类污染物都是形成臭氧的前体物,也是产生PM2.5、雾霾的前体物。

东莞很多企业比如做机械设备、汽车、塑料产品、印刷,生产手机等电子产品,包括生产锂电池,都会产生VOCs。那正如吸附氮氧化物的思路,我们就想能不能把VOCs吸附下来,把它变成二氧化碳和水,或让它也实现资源化。

中试生产线

但是VOCs种类各式各样,比如苯类、醛类、醇类、酮类、酯类都有,不像氮氧化物NOx比较单一。同时,每个工厂排放的VOCs都不一样,有些苯类较多、有些酯类较多,我们提出走定制化的技术路线。首先到企业里面取样,看看气体组成,然后根据其成分配比做成由多种吸附剂组成的配方,再成型为工业上能用的产品,即先在实验室验证其效果,再到企业试验,由现场验证结果。现场验证一般需时3个月,像今年7、8月份我们团队小伙子拉着大设备分别在几个企业的厂房顶,顶着气温50多度的酷暑,待了3个月进行试验。这个定制化的过程很像中医治病,首先望闻问切确定病况,然后开处方、抓中药、制成药丸子。我们整个过程都很认真、效果也很好,得到了客户和用户的好评,今年我们签的VOCs的订单比预期多了200多万。同时已经有一个示范工程正在惠州运行,与宁德时代也开始了合作。

 

4、觉这跟您做制氧机的经历有点相似,当初是什么机缘让您从事制氧机这方面研究的?

确实历史总是惊人的相似,我博士做的是高炉富氧喷煤,做的过程发现把氧气从空气中分离出来的技术思路同样能用到家用制氧机上。

高炉富氧喷煤是这么一回事。首先我们知道钢材是经过炼铁、炼钢、轧钢这三个过程生产出来的。其中炼铁是还原过程、炼钢是氧化过程,钢铁厂的氧气是用在炼钢上的。而铁是一层矿石一层焦炭叠着放在高炉里炼出来的,所以炼铁需要焦炭。我们国家煤炭资源很丰富,可是能炼焦炭的焦煤却很少,所以焦炭是战略物资。国家七五、八五计划时候就提出,要用煤去替代焦炭,目标是从半焦半煤,比如说用250公斤煤、250公斤焦炭炼一吨铁。但是,用这么多煤就需要在高炉热风里加氧气(富氧)才能将煤炭在高炉里转化为CO,才能确保这些煤能够参与铁矿石的还原反应。这个富氧的浓度约为26%。

大家知道钢铁厂都建有制氧站,是把空气冷却到零下200度变成液体,然后利用氮气、氧气沸点不同,把氧气分离出来,这叫深冷法制氧,这样制出来的氧气纯度是99.5%以上,可是我们炼铁的富氧浓度只需要26%,这样把高品质的能源介质、当着低品质的来使用,实在是不合算。

我是1991年读博士,1992年就想这个问题该怎么解决、也就开始琢磨气体分离这个事情,后来找到了变压吸附这个办法。变压吸附是物理吸附,没有相态变化,能耗要低很多,这样制出来的氧气就会便宜很多,当前这个技术在高炉炼铁领域已经得到了广泛应用。

1994年我做博士后期间就开始琢磨怎么把这个技术运用到家用制氧机上,到1999年开始研制家用制氧机产品。当时国内几乎没有企业做这个产品,能买到的国外的制氧机要6万块钱一台,老百姓消费不起啊。而且当时用的方法比如说在家里放氧气罐、氧气袋,用不了几次之余,放在家里也是很不安全。

我想要做这个事的时候,困难很多。例如,国内没有配件,无油空气压缩机买不到、阀门买不到、吸附材料买不到;其次生产技术也没有。我们支持建立的第一条家用制氧机的生产线,其生产工位安排、各个工位的技术要求、操作规程、检验方法、检验标准等等,都是我们亲自设计的,因为整个工艺流程国内没人做。

到了2000年,国内制氧机做了5000台,到2020年时,已经做到了1500万台,算下来平均2000块一台的话,这已经是产值每年300亿的小行业了。制氧机在SARS期间大范围用过,包括现在新冠疫情,我们中国制氧机产品卖到了全世界160多个国家和地区,挽救了很多人的生命,印度出现新冠疫情的时候我一天都要接很多个要买制氧机的电话。

 

5、您后来也有把制氧技术运用到青藏铁路的建设上、您当时是怎么想到在那儿开展研究工作?

那时候是我的一个博士研究生看到报纸上说,青藏铁路建设开工了,我们想着高原上空气就很稀薄、工人施工会遇到缺氧的问题,我们就去那里进行市场调研。调研过程中,知道中铁二十局要在海拔5000米的风火山建设一个隧道。风火山地处可可西里的腹地,属于“生命禁区”,那里风特别大,闪电会在地上形成火球滚动,因此得名,而且空气非常稀薄,含氧量只有内地的一半。人在这里会头晕眼花、心慌呕吐,头痛得就像观音菩萨念紧箍咒似的。我们在那走路就像踩着棉花,轻飘飘的没有感觉,吃饭夹菜都要先放到盘子里喘几口气才能送到嘴里,晚上头痛得几乎没法睡觉。铁路施工人员要在这里施工,几乎没有劳动能力。要知道,人的劳动能力是随着海拔上升而显著下降的。统计表明,海报每升高1000米,劳动效率就会丧失15%,在海拔5000米的风火山,劳动能力就会下降75%,剩下的25%只能用来喘气了。那时候风火山隧道的建设人员也在寻找高原现场制氧供氧的技术,于是就把这个任务交给了我们。这样我们就与高原结了缘。

青藏铁路风火山隧道制氧站

这个高原制氧,其实原理一样的,高原虽然空气稀薄,但是空气中氧氮比是一样的,只是量少而已。经过在高原现场的多次实验,成功研制了世界上海拔最高的风火山制氧站。根据隧道施工特点,还研制了隧道掌子面弥散供氧装置和隧道氧吧车,工人们不用再背着氧气罐作业,劳动效率提高了好几倍,也确保了施工人员的身体健康和生命安全。

穿戴式个人制氧机

 

6、您现在的成果也有用到川藏线上?

对的。川藏铁路分了三段建设,成都—雅安段、林芝—拉萨段已经建好了,现在是差雅安—林芝段,这段铁路的建设是非常困难的。除了高原缺氧、地质结构特别复杂之外,这一段铁路基本上是隧道,雅安—林芝段全长1010km,隧道长度850km,占比84%,其中,最长隧道有43km,这么长的高原隧道里缺氧是很严重的,地热、燃油施工机械又会加剧氧的消耗。我们团队承担了国家专项川藏铁路建设关键技术中缺氧关键技术攻关课题,目前已经在隧道建设工地建设了一些制氧供氧设施。今年元旦我就在川藏线过的,我当时可是上高原的年龄最大的知识分子哈哈。

川藏铁路制氧装备

 

畅想畅谈

1、望过去的经历,您有哪些感慨或者感悟吗?

我很幸运赶上了这个时代,也很欣慰能有机会把自己所学知识和所研成果变成社会所用的产品。人一辈子能赶上这样的机会是很庆幸的。

 

2、时会在团队做哪些文化建设吗?

我们团队现在是两条腿走路,正如前面所说的,将氮氧化物资源化是我来松山湖材料实验室建设团队的初心,处理好VOCs的问题也是我们奋斗的目标。我们团队的使命是让人类生活环境更加美好,我们的愿景是打造一流的气体净化材料企业,这样的使命和愿景已经成为我们团队的文化,大家都在为之努力奋斗。

团队合影

就拿目前做的VOC项目来说,其实现在有用活性炭处理这个环保问题的,但是它很多弊端。我相信我们这种材料是最终解决这个问题的材料,尽管现在市场上还不了解我们,推广应用还有困难。就拿做制氧机的经历来说,我们当时合作的企业一年卖几千台都很困难,客户要买不知道哪里能买,企业要销售又不知道去哪里推销,但是现在完全不一样,家用制氧机已经达到每年1500万台的规模,而且数量还在增长。

团队成员在调试中试生产设备

成事是要有个过程的。现在社会上也有便宜的处理VOCs的材料,有人就说你们也可以做点便宜的产品卖啊。但我们真不能这么干,我们要做好产品、做真产品,相信我们这个材料终会被大家认识,只要我们能真正解决问题,就一定会得到社会的认可

 

3、哪些品质您觉得对于从事科研工作者来讲比较重要?

从我个人的经历和观察来看,凡是能成事的人都离不开认真和勤奋。我常对我的学生讲,我们读那么多书,能考上研究生,证明我们的智力是没有问题的,但是为什么到社会以后,差距会越来越大?实际上就出在认真和勤奋程度上。

其次,在选择方向上,要做对社会有用的事情,要把精力集中在解决国计民生中的重大问题上。只有解决了社会需要的问题,个人价值才会得到体现。我们不能将要实现个人价值作为目标,而应该要将解决问题作为目标。

 

4、平常有什么爱好嘛?

哈哈那是有很多的呀,打乒乓球、游泳、写毛笔字,可是我现在实在是抽不出空来。现在从早晨离开家开始算,一天工作时间要12个小时以上。我现在是保证每天走1万步,确保有精力工作。如果有时间就看看书,从当老师转变为做企业,要学的东西太多了。

 

5、果让您推荐一本书、您会推荐哪一本?

《曾国藩传》吧。曾国藩除了自己的学问很深,他的精神就是“挺”啊,做事要坚持,我是很认真地看了,连不认识的字都做了备注。

 

6、学家的榜样?

我们初高中那会儿学的还是以实用为主,比如说我们算术课是学会计做账、物理学三机一泵,就是柴油机、拖拉机、电动机、水泵等等,还开了两座山作为学农的试验地。临到高中毕业时才知道要高考改革了,我们就赶紧找书读、参加考试,那时候还不怎么知道科学家。上了大学,读研究生、博士生接触了很多老师、学者、科学家,学到了更多。最早知道的科学家应该是陈景润教授。陈先生决心解决哥德巴赫猜想难题,走路都在思考问题,头撞到树上还在说“I am sorry”,给我留下非常深的印象,科学家的认真和刻苦对我的人生影响很大。

 

撰稿:实验室党总支