工業降碳減污是實現我國“雙碳”目標的關鍵環節。工業領域的綠色低碳轉型，推動了綠色技術的進步與產業升級，為培育產業競爭優勢提供了新的機遇。
如何研發工業生產全過程降碳減污的新方法？如何讓企業在降碳減污過程中，更好地實現轉型和發展？這是中國科學院過程工程研究所研究員曹宏斌一直在思考的問題。
多年來，曹宏斌帶領團隊面向工業降碳減污的重大需求，重點在流程制造業開展科技創新與工程實踐，為行業提供了關鍵的核心技術和工程案例。
研發綠色發展技術
化工、鋼鐵、有色、醫藥、建材等流程制造業在國計民生方面具有十分重要的戰略地位。在曹宏斌看來，流程制造業實現綠色低碳發展的難點在于多目標的同時實現。
“綠色發展要求企業降碳減污，但同時企業的生存需要盈利，這就要求二者兼顧，實現產品生產與末端處理的總成本最小化。”曹宏斌說。
實現深度分離，是工業減污降碳非常重要和有效的環節。通過分離，將水、空氣等介質中的有毒有害物質濃度降低，滿足排放標準，同時盡量將這些組分濃縮成有價產品。
“據統計，我國現有的工業生產中，60%以上的‘三廢’（廢水、廢氣和固體廢棄物）是由于分離不徹底導致的，而且分離過程的能耗在整個工業過程中占比超過50%。”曹宏斌介紹。
2006年，一家來自遼寧葫蘆島的企業找到曹宏斌。企業堆積了大量的釩鉻渣，由于釩鉻深度分離及含重金屬氨氮廢水處理問題沒有得到解決，前期投入的數千萬元幾乎打了水漂。
“釩和鉻兩個元素的結構性質非常相近，深度分離起來是個難題。”看到企業的難處之后，年輕的曹宏斌在中國工程院院士、過程工程所研究員張懿的支持和幫助下迎難而上，欣然接受了這個考驗。經過5年艱苦的基礎研究、技術研發和工程應用，他帶領團隊成功建立了釩鉻渣高效利用新工藝和國內外首座產業化工程，解決了釩鉻深度分離、重金屬和氨深度分離等難題，實現了污染物近零排放，使總資源利用率提高30%以上。這項成果獲得2013年國家技術發明獎二等獎。
“科研成果要更好地實現工業應用，幫助企業解決污染問題的同時，還要想辦法提高經濟效益。”曹宏斌說。
解決企業實際問題
在20多年的科研生涯中，曹宏斌有兩個“戰場”——一個是實驗室，一個是工廠車間。
“實驗室研究為新技術提供了技術指標可達性的嘗試，而工廠車間現場研究則是在此基礎上進一步驗證新技術的穩定性和經濟性。”曹宏斌說。
這些年，曹宏斌常常奔走在解決企業實際問題的一線，與科研團隊和企業技術人員一起想辦法、搞試驗，確保工程不出差錯。
在葫蘆島攻克釩鉻分離難題時，為了確保工程試驗順利進行，曹宏斌和團隊成員24小時輪班“在線”。一旦現場出現問題，必須馬上解決，幾乎長時間處于高壓狀態。幾年下來，曹宏斌的頭發熬白了一半。
“為了降低工程風險，我們做了中試，前6次全部失敗，直到第七次才試驗成功。”曹宏斌說，“雖然壓力很大，但是工程成功帶來的成就感更大。”
從葫蘆島、鞍山到攀枝花、吐魯番、三門峽，再到天津、長沙……這些年，許多企業在曹宏斌團隊的技術支持下陸續解決了污染處理問題。他認為，在工業生產過程中，廢氣、廢水與固廢通常是同時存在、直接相關。為此，工業污染治理要建立氣—水—固污染的跨介質高效協同機制。
除此之外，曹宏斌團隊還在鋰電池固廢處理技術上取得技術突破，形成了信息平臺搭建—有價組分高效分離―介質循環與二次污染控制技術研發—集成與工程應用優化—行業標準制定的貫通研究。
“高效處理廢鋰電池能夠將其中高附加值的關鍵金屬等回收再利用，同時消除廢鋰電池及處理過程對環境的污染和安全隱患。”曹宏斌說，團隊相關研究成果目前已服務國內60%以上的產能。
實現治污系統優化
獨立思考、勇于實踐、善于合作、快樂健康——這是曹宏斌對科研團隊的希望。
“我所從事的研究領域屬于多學科交叉，我一直提倡年輕科研人員相互學習，勇于探索未知領域，尋找新的方法和結論。”曹宏斌說，目前他的研究團隊成員研究領域橫跨多個專業，“有研究催化的、分離的，有搞系統工程的、環境的，有做基礎研究的、做應用的……每個人都要有綜合性的思考、做貫通式的研究，這是我對團隊的要求。”
在曹宏斌看來，經過廣大科研人員的不斷努力以及企業實踐，我國工業污染治理的技術水平已經實現了從“跟跑”到“領跑”的轉變，但在新污染物的高效控制技術、高精度單元模型構建技術、高效反應/分離新材料與藥劑等方面仍面臨著很多難題和考驗。
“以高精度單元模型為例，人們對流程制造業生產中的化學反應過程認知不足，很難像對物理過程那樣精準建模。”曹宏斌說，“如果能夠解決這一難題，那么少人甚至無人的智慧工廠就可以在流程制造業實現更廣泛的應用。”
曹宏斌介紹，團隊數十年的科研與工業實踐以及人工智能、大數據等技術的快速發展，為探索新的工業降碳減污技術提供了基礎。他和團隊下一步計劃重點開展機理——數據雙驅動強化工業減污降碳的理論、技術與應用研究。
“工業降碳減污是一個系統工程，不能僅通過局部優化解決問題，更重要的是將不同單元的技術進行集成，實現系統優化。”曹宏斌說。
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