走好“自主创新”路——记第五届“闵恩泽能源化工奖”获得者闫瑞

文‖赵凌燕 陈子佩

闫瑞带领团队攻坚木质纤维素烃类转化技术，为早日实现工业化应用挥洒青春和汗水。

●闫瑞在生物质高附加值转化和利用技术领域不懈探索。 供图/中石化石科院

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

作为中国石化生物能源化工领域的青年科技工作者，31 岁的闫瑞坚持扎根科研一线，2017 年硕士毕业进入中石化石油化工科学研究院有限公司（简称石科院）至今一直从事木质纤维素基生物燃料、添加剂及化学品技术的研发。

近年来，他以助力国家“双碳”政策、开发清洁替代能源为己任，联合华东理工大学一起聚焦木质纤维素的高附加值转化和利用等关键领域，成功研发出了木质纤维素的烃类转化技术，为能源、化工和交通领域的低碳转型、绿色发展提供了技术支撑。今年6 月，在第五届“闵恩泽能源化工奖”颁奖典礼上，闫瑞被授予“青年进步奖”。

“闵恩泽能源化工奖”是2013 年4月在闵恩泽院士的倡导下，中国工程院和中国石化联合设立的，目的是推动我国能源化工领域的科学技术研发和产业化。该奖设“杰出贡献奖”和“青年进步奖”两类奖项，每两年评选一次。

深种“自主创新”理念

21 世纪以来，作为绿色化学的开拓者，耄耋之年的闵恩泽开始关注生物质能源，领导石科院科研人员探索研发生物质的高附加值转化和利用技术。

闫瑞在石科院攻读硕士学位期间，深受闵恩泽科学家精神的熏陶和鼓舞。

2014 年，石科院木质纤维素高附加值转化和利用技术团队成立初始，闵恩泽经常分享国内外的最新研究进展，并从原料可获得性、技术可行性和经济性等方面为课题团队甄选研发方向。

这一年，恰巧是闫瑞面临硕士研究生选题之时。闵恩泽对生物质能源研究方向的指导，引起了闫瑞极大的探索兴趣，引领他走进了这个全新的科研领域。

2015 年第二届“闵恩泽能源化工奖”颁奖典礼时，病重的闵恩泽还在医院通过视频向获奖人员表示祝贺并提出殷切期望，告诉大家自己病情已经好转，不必担心。闵恩泽似乎从来没有觉得自己的事业有一天应该休止，哪怕生命可能停止，但自主创新的探索之路永无止境。

闵恩泽对科研的执著，深深感动和鼓舞着闫瑞。他将“自主创新”的科研理念深种于心，并且暗自许下愿望，希望有一天自己也能在科研开发的征程中斩获更多成果。

开发清洁替代能源

生物质能，是自然界唯一含有碳源的可再生绿色能源。作为生物资源大国，我国每年约产生10 亿吨农林废弃物，其主要成分为木质纤维素。木质纤维素的高附加值转化和利用，对保护碧水蓝天，实现绿色转型发展，助力我国实现碳达峰、碳中和的目标具有重要意义。

研究生期间，闫瑞在导师陶志平和郭勇的启发下，坚信生物航煤是当前航空领域降碳的最有效途径，可针对性地破解欧盟强制征收航空碳税的困境。

虽然彼时，以废弃动植物油脂为原料，通过HEFA 技术路线得到的生物航煤已完成商业载客飞行。闫瑞调研发现，国内废弃动植物油脂潜在量仅约400 万吨/年，还要同时用于生物航煤、生物柴油和油脂化学品等生产，而国内对航空燃料需求量高达4000 万吨/年，势必无法长期支撑起国内可持续航空燃料的供应。于是，他便开始以储量更为丰富的木质纤维素为原料，聚焦攻关木质纤维素到生物航煤的烃类转化技术。

木质纤维素结构极为复杂，主要包括纤维素、半纤维素和木质素。其中，纤维素是由六碳糖聚合而成的，半纤维素是由五碳糖聚合而成的，木质素是由3 种醇单体（对香豆醇、松柏醇、芥子醇）聚合而成的。如何将具有复杂高分子结构的木质纤维素高效利用转化为生物航煤（碳数分布为C8-C15 的烃类燃料），始终困扰着众多科研工作者。

针对上述难题，结合木质纤维素的结构特征，在课题团队的研究基础上，闫瑞构思了木质纤维素先解聚得到糖及平台化合物，再通过分子层面定向设计制备生物航煤含氧中间体，最终经加氢脱氧得到生物航煤的技术路线。

为研发高性能催化剂，在舒兴田院士的悉心指导下，闫瑞潜心研究催化剂的合成调控及其构效关联规律。舒兴田高屋建瓴地从催化剂的结构特征到其作用机制探索、从反应网络构建到失活机理研究给他提出了很多建设性的意见，为他指引着前进的方向。

最终，闫瑞通过设计定向转化反应体系、锚定催化剂活性组分、调控载体协同作用，构筑了多功能催化剂耦合高效反应体系，打通了木质纤维素烃类转化联产化学品的技术路线，完成了中国石化技术评议并实现了技术中试。

突破高性能催化剂技术瓶颈

木质纤维素中氧的质量分数约20%，在木质纤维素到烃类液体燃料的反应过程中会产生大量的水。如何在长周期高水热环境中既能保证催化剂的高活性和高稳定性又能避免高温C-C 键断裂，是一项关键的技术难题。

为解决这一技术难题，急需研发结构稳定、具有选择性吸附和断裂C-O 键的新型高效催化剂。

2019 年，闫瑞从化学反应和催化过程机理入手，梳理前期工作基础和文献调研情况，通过DFT 模拟计算不同活性组分吸附和断裂C-O 键的活化能，优选出能够定向吸附和断裂C-O 键的活性组分。

为锚定催化剂活性组分以提升其水热稳定性，闫瑞和团队成员开展头脑风暴，交换意见，形成诸多可实施方案并付诸实践，最终确立了“低成本载体可控包覆、纳米尺寸活性组分裸露”的催化剂设计目标。作为团队带头人，闫瑞屡败屡战却从不言弃，不断调整催化剂合成方案以实现上述设计目标。为加快科研进度，他常常加班到深夜，在与倒班人员反复叮嘱及确认试验细节后才安心离开。

功夫不负有心人。结合DFT 模拟计算，通过锚定催化剂活性组分、调控载体协同作用，由闫瑞团队构筑的具有自主知识产权的高性能催化剂实现了温和条件下C-O 键的定向吸附和断裂，长周期活性评价结果显示：从木质纤维素基糖平台到生物航煤组分的碳摩尔收率高达94%，氧原子脱除率＞99.9%，比文献中的国外同类技术领先10%左右。

●供图/中石化石科院

攻克催化剂百公斤级生产战役

应用于木质纤维素烃类转化技术的新型催化剂，采用了全新的制备工艺和流程。因此，在放大生产过程中遇到了诸多新困难和挑战。

2020 年盛夏，为完成催化剂百公斤级生产、攻克成型技术，闫瑞奔赴合作单位催化剂长岭分公司，驻守在生产一线。当时，生产车间和成型车间的温度达到40℃，如同蒸笼让人汗如雨下，而他一待就是几个小时。

谈起这段经历，他说自己非常享受在长岭炼化的时光：每每夕阳落下，静谧的街道、美味的夜宵、满满的烟火气，让这个小镇独具风情，让他感觉全身的疲倦瞬间转化为充实感和幸福感。

为精心筹备催化剂的百公斤级生产，闫瑞与催化剂长岭分公司就各项生产环节逐一确认，提前完成原料采购、装置清洗、操作指令编制等工作。按照计划，催化剂的百公斤级生产需要依次经过催化材料的合成、处理及成型，并要通过机械强度和催化性能的评价。

然而，评价结果显示第一次放大催化剂的机械强度难以满足使用要求。基于严谨求实的工作习惯，闫瑞毅然决定多驻留数日来攻克成型技术。

他结合催化材料的基本特征，深入思考催化剂成型失败的关键因素和解决方法，从设备、环境、工艺等方面严格把关每一道程序和步骤，并针对性地调整催化剂成型配方及参数。通过系统性分析对比，他找到了解决成型问题的核心控制参数。最终，经过中型固定床评价后结果显示，放大催化剂的性能优于实验室催化剂。

成绩的背后，是辛勤的汗水和默默的付出。在和高温持续作战数周后，闫瑞成功完成了催化剂的百公斤级生产。那一刻，压在他心中的沉重的包袱终于卸下了。凝结着研发团队几年心血的结晶，终于花开绽放。

宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

闫瑞始终牢记习近平总书记对新时代青年的嘱托，脚踏实地，勇于担当。对科研工作的坚定信念，支撑着他克服催化剂构筑、关键工艺开发和中试放大生产中遇到的各种困难。

入职以来，他主持和参与了8 项国家和省部级科研课题。其中，在木质纤维素的高附加值转化和利用领域申请发明专利33 件、发表核心期刊5 篇，牵头开发的木质纤维素制生物燃料、添加剂及化学品技术完成了中国石化的评议，实现了技术中试，获得了省部级奖励2项。

闫瑞与比尔盖茨团队会谈时，曾就应对气候变化的生物能源技术进行交流讨论。他说：“比尔·盖茨始终致力于解决人类未来重大问题的格局和魅力深深触动着我，将激励着我不断前行。”

提及未来的事业规划，闫瑞满眼坚定地说：“下一步，我们将继续联合相关单位全力攻坚木质纤维素烃类转化技术的工业试验，积极推进生物航煤产品台架及适航审定，争取早日实现木质纤维素烃类转化技术的应用推广。”