25年長跑，他們破解柴油車尾氣凈化難題

柴油車尤其是重型貨車堪稱“經濟動脈”——承擔著全國70%以上的公路貨運量，是物流運輸和經濟發展的“強勁引擎”。但這個“大力士”也有“副作用”，高頻次長途運行使其成為交通行業大氣污染的“頭號選手”。

氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）……這些柴油車排放的污染物，是我國大氣PM2.5和臭氧污染的主要“元兇”，全國NOx排放總量中約30%來自柴油車。

怎么啃下這塊“硬骨頭”？這是美麗中國建設的一道“必答題”，也是一個關乎自主技術的“卡脖子”難題。中國工程院院士、中國科學院生態環境研究中心（以下簡稱“生態中心”）研究員賀泓帶領團隊以“催化劑技術”為突破口，二十五載砥礪前行，攻克了這道難題，并實現了技術的迭代升級。日前，賀泓團隊的研究成果獲得2024年度中國科學院杰出科技成就獎技術發明獎。

催化材料成為突破口

2001年，在海外深造工作11年的賀泓回到祖國。彼時的中國，正處于經濟快速發展與環境保護并重的新階段。交通運輸行業是環境污染和碳排放的“大戶”之一。更嚴峻的是，盡管重型貨車的保有量不足10%，卻貢獻了超過50%的碳排放，其排放的NOx和PM分別占汽車總排放量的75.4%和52.1%，成為“高污染、高排放”的典型代表。

我國機動車污染排放標準從無到有、從“國一”到“國六”僅用20余年，這對重型柴油車污染控制技術提出了前所未有的挑戰。

“由于我國柴油車排放標準實施時間較歐美同類標準晚近10年，使得我國柴油車排放控制存在‘卡脖子’技術難題。”賀泓回憶說。

與汽油車相比，柴油車采用富氧的燃燒模式，具有燃燒效率高、燃油經濟性好的優勢。然而，這一燃燒特點也帶來了新的技術挑戰：提高柴油機燃燒效率會加劇熱力型NOx排放，形成難以協調的“蹺蹺板效應”。

賀泓敏銳認識到：“關鍵在于高性能的后處理催化材料！”

作為柴油車排氣凈化系統的關鍵組成部分，催化材料的性能直接決定了NOx、PM等污染物的轉化效率及排放達標水平，是突破技術瓶頸、提高凈化效率的關鍵和難點所在。

機遇總是眷顧有準備的人。2001年，國家“863”計劃首次納入資源環境技術領域，賀泓團隊成功申請到首個柴油機NOx凈化技術研究課題。從此，他們開啟了長達25年的科研長跑，連續承擔“十五”到“十四五”期間的“863”計劃和國家重點研發計劃項目，在柴油車污染控制領域持續深耕。

從實驗室研究到產業化落地的25年長跑

在攻克柴油車尾氣凈化這一難題的過程中，賀泓團隊構建了“原理性技術-工藝性技術-產業化應用”全鏈條創新體系，開創了我國柴油車尾氣治理的新局面。

“我們的研究路徑很明確——先吃透催化反應機制、實現高性能催化劑的設計合成，再利用產業化技術研發平臺，破解放大合成、涂覆成型等技術難題，最終實現自主可控生產以及規模化應用。”賀泓說。

這條看似清晰的科研路線，走起來卻充滿艱辛與變數。

最初，基于技術先進性考量，研究團隊選擇了以車載燃油和乙醇添加劑作為還原劑的碳氫選擇性催化還原（HC-SCR）技術路線實現NOx凈化。但2004年歐洲排放標準升級后，國際上側重于以尿素為還原劑的氨選擇性催化還原（NH3-SCR）技術路線，迫使團隊不得不轉向“雙軌并行”策略。

在技術推廣階段，研究團隊本想推廣更先進的HC-SCR技術，卻遭遇未曾料到的市場阻力。因此，他們不得不重新布局——既要考慮技術先進性，又要兼顧現實可行性。最終，他們優先滿足國家重大需求，全力攻關NH3-SCR技術，成功研制出滿足“國四”至“國六”標準的系列后處理系統。

賀泓還組建了專項攻關團隊，成功實現了催化劑技術的迭代，完成了從傳統釩基催化劑到富鋁分子篩催化劑的技術跨越。

“每項突破都是集體智慧與努力的結晶。”賀泓強調，團隊構建了老中青結合、多學科交叉的創新梯隊，形成了覆蓋基礎研究到工程轉化的完整創新鏈條。

在這個團隊中，賀泓作為帶頭人，負責規劃研究方向和總體技術路線；催化劑關鍵原理及技術的攻關突破，主要由生態中心研究員余運波、何廣智與中國科學院城市環境研究所（以下簡稱“城市所”）研究員連志華負責；而在中試驗證、放大生產和技術落地等環節，城市所研究員單文坡和生態中心研究員單玉龍發揮了關鍵作用。

此外，研究團隊采用了“開放式攻關模式”，將深層次合作擴展到團隊外部。2012年，賀泓與浙江大學教授肖豐收的一次偶遇，促成了富鋁分子篩催化劑的聯合攻關。2015年，為解決控制系統的“卡脖子”問題，研究團隊與東風商用車公司一起，研發自主控制系統，實現了“催化劑—載體—封裝—控制”一整套全自主后處理系統的應用，打破了國外公司的壟斷。

通過產學研協同創新，研究團隊還與整車、整機廠和車用排氣后處理廠商等合作，研發了適配不同車型的后處理系統，已在超過500萬輛中重型柴油車上實現應用，滿足“國四”“國五”“國六”排放標準，年減排NOx約200萬噸。同時，富鋁分子篩的高活性也為“史上最嚴”的“國六”排放標準實施提供了重要的科技保障。

回顧25年來從實驗室研究到產業化應用的科研長跑，賀泓有三點深刻體會：一是抓基礎，以理論創新引領技術突破；二是抓關鍵，打通科研成果轉化關鍵卡點；三是抓落地，滿足國家重大需求。“科學研究要緊扣國家重大需求，從現實需求中凝練科學問題，把論文寫在祖國大地上。”賀泓說。

把論文寫在祖國大地上

“科學無國界，但科學家有祖國。”一路走來，這句話始終印刻在賀泓心中。

賀泓曾立志做“基礎研究”，因為認識到“中國落后在‘技術’只是表象，根子在‘科學’，在于基礎研究里沒有原創的東西”。

然而，1998年，在一趟歸國航班上，他看到被污染的大氣像鍋蓋一樣籠罩在我國城市上空，毅然決定從應用研究著手，開展環境治理研究。

為推動相關研究落地，他一路帶領團隊“過五關斬六將”，克服重重困難。

2010年與中國重汽的合作，就是其中一次考驗。為突破產業化瓶頸，研究團隊在中國重汽的濟南廠區安營扎寨，老師、學生與企業工人同吃同住，共同攻關。夏天車間溫度超過40℃，冬天又冷得伸不出手，就這樣“夏練三伏、冬練三九”，他們終于協助中國重汽建立了首條符合“國四”“國五”標準的催化劑產線。

然而，與單一企業合作不利于成果的推廣應用。為轉變科研成果轉化模式、更好地推動成果落地，單文坡帶隊在寧波市北侖區建成先進的催化材料產業化技術研發平臺，打破了從實驗室到產業化的關鍵工藝卡點，在柴油車尾氣凈化催化劑的產業化和規模應用中發揮了重要作用。

“科學精神就應該是實事求是、求真務實、不怕困難、開拓創新。”賀泓如是說。

他向筆者分享了突破科技成果轉化瓶頸的3個策略。一是堅持以成果應用和問題解決為導向，在與企業合作中不計較個人和團隊利益得失；二是科研人員進車間，共同攻關建產線；三是建立產業化技術研發平臺，與行業企業開展全方位合作，培養一批既懂技術研發又精通后處理系統的復合型人才。

賀泓表示，獲得中國科學院杰出科技成就獎，既是對團隊數十年如一日堅持創新的高度認可，凸顯了科技創新在破解環境治理難題中的核心價值，也是對未來科研航向的指引。

“經過幾十年的快速發展，當前我國交通運輸行業減污降碳協同增效已進入‘深水區’。我們將持續深耕基礎研究，著力突破技術難關，加速推進新一代清潔柴油車和碳中和燃料內燃機排放控制技術的研發與產業化應用，為全球環境治理貢獻‘中國方案’。”賀泓表示。