走好“自主創新”路
——記第五屆“閔恩澤能源化工獎”獲得者閆瑞

文‖趙凌燕 陳子佩

閆瑞帶領團隊攻堅木質纖維素烴類轉化技術，為早日實現工業化應用揮灑青春和汗水。

●閆瑞在生物質高附加值轉化和利用技術領域不懈探索。 供圖/中石化石科院

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

作為中國石化生物能源化工領域的青年科技工作者，31 歲的閆瑞堅持扎根科研一線，2017 年碩士畢業進入中石化石油化工科學研究院有限公司（簡稱石科院）至今一直從事木質纖維素基生物燃料、添加劑及化學品技術的研發。

近年來，他以助力國家“雙碳”政策、開發清潔替代能源為己任，聯合華東理工大學一起聚焦木質纖維素的高附加值轉化和利用等關鍵領域，成功研發出了木質纖維素的烴類轉化技術，為能源、化工和交通領域的低碳轉型、綠色發展提供了技術支撐。今年6 月，在第五屆“閔恩澤能源化工獎”頒獎典禮上，閆瑞被授予“青年進步獎”。

“閔恩澤能源化工獎”是2013 年4月在閔恩澤院士的倡導下，中國工程院和中國石化聯合設立的，目的是推動我國能源化工領域的科學技術研發和產業化。該獎設“杰出貢獻獎”和“青年進步獎”兩類獎項，每兩年評選一次。

深種“自主創新”理念

21 世紀以來，作為綠色化學的開拓者，耄耋之年的閔恩澤開始關注生物質能源，領導石科院科研人員探索研發生物質的高附加值轉化和利用技術。

閆瑞在石科院攻讀碩士學位期間，深受閔恩澤科學家精神的熏陶和鼓舞。

2014 年，石科院木質纖維素高附加值轉化和利用技術團隊成立初始，閔恩澤經常分享國內外的最新研究進展，并從原料可獲得性、技術可行性和經濟性等方面為課題團隊甄選研發方向。

這一年，恰巧是閆瑞面臨碩士研究生選題之時。閔恩澤對生物質能源研究方向的指導，引起了閆瑞極大的探索興趣，引領他走進了這個全新的科研領域。

2015 年第二屆“閔恩澤能源化工獎”頒獎典禮時，病重的閔恩澤還在醫院通過視頻向獲獎人員表示祝賀并提出殷切期望，告訴大家自己病情已經好轉，不必擔心。閔恩澤似乎從來沒有覺得自己的事業有一天應該休止，哪怕生命可能停止，但自主創新的探索之路永無止境。

閔恩澤對科研的執著，深深感動和鼓舞著閆瑞。他將“自主創新”的科研理念深種于心，并且暗自許下愿望，希望有一天自己也能在科研開發的征程中斬獲更多成果。

開發清潔替代能源

生物質能，是自然界唯一含有碳源的可再生綠色能源。作為生物資源大國，我國每年約產生10 億噸農林廢棄物，其主要成分為木質纖維素。木質纖維素的高附加值轉化和利用，對保護碧水藍天，實現綠色轉型發展，助力我國實現碳達峰、碳中和的目標具有重要意義。

研究生期間，閆瑞在導師陶志平和郭勇的啟發下，堅信生物航煤是當前航空領域降碳的最有效途徑，可針對性地破解歐盟強制征收航空碳稅的困境。

雖然彼時，以廢棄動植物油脂為原料，通過HEFA 技術路線得到的生物航煤已完成商業載客飛行。閆瑞調研發現，國內廢棄動植物油脂潛在量僅約400 萬噸/年，還要同時用于生物航煤、生物柴油和油脂化學品等生產，而國內對航空燃料需求量高達4000 萬噸/年，勢必無法長期支撐起國內可持續航空燃料的供應。于是，他便開始以儲量更為豐富的木質纖維素為原料，聚焦攻關木質纖維素到生物航煤的烴類轉化技術。

木質纖維素結構極為復雜，主要包括纖維素、半纖維素和木質素。其中，纖維素是由六碳糖聚合而成的，半纖維素是由五碳糖聚合而成的，木質素是由3 種醇單體（對香豆醇、松柏醇、芥子醇）聚合而成的。如何將具有復雜高分子結構的木質纖維素高效利用轉化為生物航煤（碳數分布為C8-C15 的烴類燃料），始終困擾著眾多科研工作者。

針對上述難題，結合木質纖維素的結構特征，在課題團隊的研究基礎上，閆瑞構思了木質纖維素先解聚得到糖及平臺化合物，再通過分子層面定向設計制備生物航煤含氧中間體，最終經加氫脫氧得到生物航煤的技術路線。

為研發高性能催化劑，在舒興田院士的悉心指導下，閆瑞潛心研究催化劑的合成調控及其構效關聯規律。舒興田高屋建瓴地從催化劑的結構特征到其作用機制探索、從反應網絡構建到失活機理研究給他提出了很多建設性的意見，為他指引著前進的方向。

最終，閆瑞通過設計定向轉化反應體系、錨定催化劑活性組分、調控載體協同作用，構筑了多功能催化劑耦合高效反應體系，打通了木質纖維素烴類轉化聯產化學品的技術路線，完成了中國石化技術評議并實現了技術中試。

突破高性能催化劑技術瓶頸

木質纖維素中氧的質量分數約20%，在木質纖維素到烴類液體燃料的反應過程中會產生大量的水。如何在長周期高水熱環境中既能保證催化劑的高活性和高穩定性又能避免高溫C-C 鍵斷裂，是一項關鍵的技術難題。

為解決這一技術難題，急需研發結構穩定、具有選擇性吸附和斷裂C-O 鍵的新型高效催化劑。

2019 年，閆瑞從化學反應和催化過程機理入手，梳理前期工作基礎和文獻調研情況，通過DFT 模擬計算不同活性組分吸附和斷裂C-O 鍵的活化能，優選出能夠定向吸附和斷裂C-O 鍵的活性組分。

為錨定催化劑活性組分以提升其水熱穩定性，閆瑞和團隊成員開展頭腦風暴，交換意見，形成諸多可實施方案并付諸實踐，最終確立了“低成本載體可控包覆、納米尺寸活性組分裸露”的催化劑設計目標。作為團隊帶頭人，閆瑞屢敗屢戰卻從不言棄，不斷調整催化劑合成方案以實現上述設計目標。為加快科研進度，他常常加班到深夜，在與倒班人員反復叮囑及確認試驗細節后才安心離開。

功夫不負有心人。結合DFT 模擬計算，通過錨定催化劑活性組分、調控載體協同作用，由閆瑞團隊構筑的具有自主知識產權的高性能催化劑實現了溫和條件下C-O 鍵的定向吸附和斷裂，長周期活性評價結果顯示：從木質纖維素基糖平臺到生物航煤組分的碳摩爾收率高達94%，氧原子脫除率＞99.9%，比文獻中的國外同類技術領先10%左右。

●供圖/中石化石科院

攻克催化劑百公斤級生產戰役

應用于木質纖維素烴類轉化技術的新型催化劑，采用了全新的制備工藝和流程。因此，在放大生產過程中遇到了諸多新困難和挑戰。

2020 年盛夏，為完成催化劑百公斤級生產、攻克成型技術，閆瑞奔赴合作單位催化劑長嶺分公司，駐守在生產一線。當時，生產車間和成型車間的溫度達到40℃，如同蒸籠讓人汗如雨下，而他一待就是幾個小時。

談起這段經歷，他說自己非常享受在長嶺煉化的時光：每每夕陽落下，靜謐的街道、美味的夜宵、滿滿的煙火氣，讓這個小鎮獨具風情，讓他感覺全身的疲倦瞬間轉化為充實感和幸福感。

為精心籌備催化劑的百公斤級生產，閆瑞與催化劑長嶺分公司就各項生產環節逐一確認，提前完成原料采購、裝置清洗、操作指令編制等工作。按照計劃，催化劑的百公斤級生產需要依次經過催化材料的合成、處理及成型，并要通過機械強度和催化性能的評價。

然而，評價結果顯示第一次放大催化劑的機械強度難以滿足使用要求。基于嚴謹求實的工作習慣，閆瑞毅然決定多駐留數日來攻克成型技術。

他結合催化材料的基本特征，深入思考催化劑成型失敗的關鍵因素和解決方法，從設備、環境、工藝等方面嚴格把關每一道程序和步驟，并針對性地調整催化劑成型配方及參數。通過系統性分析對比，他找到了解決成型問題的核心控制參數。最終，經過中型固定床評價后結果顯示，放大催化劑的性能優于實驗室催化劑。

成績的背后，是辛勤的汗水和默默的付出。在和高溫持續作戰數周后，閆瑞成功完成了催化劑的百公斤級生產。那一刻，壓在他心中的沉重的包袱終于卸下了。凝結著研發團隊幾年心血的結晶，終于花開綻放。

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。

閆瑞始終牢記習近平總書記對新時代青年的囑托，腳踏實地，勇于擔當。對科研工作的堅定信念，支撐著他克服催化劑構筑、關鍵工藝開發和中試放大生產中遇到的各種困難。

入職以來，他主持和參與了8 項國家和省部級科研課題。其中，在木質纖維素的高附加值轉化和利用領域申請發明專利33 件、發表核心期刊5 篇，牽頭開發的木質纖維素制生物燃料、添加劑及化學品技術完成了中國石化的評議，實現了技術中試，獲得了省部級獎勵2項。

閆瑞與比爾蓋茨團隊會談時，曾就應對氣候變化的生物能源技術進行交流討論。他說：“比爾·蓋茨始終致力于解決人類未來重大問題的格局和魅力深深觸動著我，將激勵著我不斷前行。”

提及未來的事業規劃，閆瑞滿眼堅定地說：“下一步，我們將繼續聯合相關單位全力攻堅木質纖維素烴類轉化技術的工業試驗，積極推進生物航煤產品臺架及適航審定，爭取早日實現木質纖維素烴類轉化技術的應用推廣。”