研究“木头变石油”的专家 — 记UWO徐春保教授

　　红枫林讯（记者　倚天）　加拿大化学工程学会（CSChE）设立的Syncrude加拿大创新奖专为在化学工程领域做出突出贡献的人设立。该奖每年只评出一位获得者，并要求其年龄在40岁以下。2011年此奖项得主就是UWO化学工程系徐春保教授。本报记者近日采访了这位能“将木头变成石油”的新能源专家。
　　徐教授介绍，由于煤炭、石油、天然气等不可再生能源储量有限并日趋枯竭，因此研究替代资源就迫在眉睫。所谓“替代资源”包括核能、风能、太阳能、生物能等。核能具有很多不确定因素（如安全问题），加之美日等国都曾发生核泄漏事件。现在大家更关注风能、太阳能和生物能等“取之不尽，用之不竭”的可再生清洁能源。
　　目前，徐教授及其团队正在研究如何更高效地将木屑和其他有机废料（如农作物秸秆、城市垃圾甚至是下水道里的污物）转变成生物原油（绿色燃料）、天然杀虫剂、胶粘剂和塑料制品等的方法。他们研究的范畴属“生物质能”领域，除了具有绿色安全的优点外，还能为公众提供“液体燃料”，这恰恰是开发其他几种再生能源根本无法做到的。
　　“中低温加压直接液化木头技术”前景光明
　　所谓“木头变石油”技术，就是要先将木头“液化成生物油”，然后再将其提炼成汽油、柴油和其他化工产品。这样，人类有可能减少对石油的依赖，甚至最终全面放弃石油。
　　徐教授介绍，有多种方法可实现木头液化。比如，高温裂解技术能把木头和其他生物质（如农业秸秆和稻草）在没有氧气的情况下加热，使其变成小分子然后冷却形成油（“热裂解油”）。现在，热裂解油技术已经工业化，并可以用其生产BBQ  SAUCE和杀虫剂。在将其中的氧和水除掉后，加氢，通过二次处理，热裂解油即可变成汽油或柴油。
　　为解决提炼“热裂解油”过程中出现的难题，徐教授及其团队采用了中低温加压直接液化的办法。他们通过模拟埋藏在地层中的动植物经地层压力和熔岩温度作用，经上百万年缓慢形成煤和石油的过程，让木头在高压条件下只用数小时就变成类似石油的黑色液体生物原油。与“热裂解油”相比，新提炼的生物原油热值更高，也更接近于传统石油。
　　接下来，徐教授团队通过“加氢脱氧”的方法进一步将“人造石油”的热值提高到普通石油的水平。由于这种直接液化的油中苯类和酚类含量很高，因此可将它们提取出来加工胶粘剂。用生物苯酚来取代石油苯酚，既节约成本，又绿色环保。
　　目前，加拿大在“木头变石油”项目的技术和研究上处于全球领先地位。徐教授透露，在工业界的大力支持下，加拿大国家自然科学和工程研究基金（NSERC）与木材和林业工业开展了密切合作，并希望能在5年内实现这个项目的工业化。
　　据悉，采用徐教授研发的技术，每100公斤木头能炼制出60公斤热值接近石油的生物原油。相比之下，传统的热裂解技术虽然能将100公斤木头炼成70公斤热裂解油，但这种油热值很低，远远低于普通石油的水平。与此同时，传统热裂解油中水份和氧含量都很高，需首先将水分离出来，再脱氧后才能使用，整个过程非常复杂。
　　加拿大拥有“木头变石油”的巨大优势
　　徐教授表示，加拿大拥有极其丰富的森林资源（超过4亿公顷，约占全球森林资源的十分之一），因此上述技术应用前景广泛。目前，徐教授团队正在和FPInnovations公司共同开展一项投资250万加元的科研项目，其目的就是更好地将加拿大林业资源转化为生物柴油、航空煤油和化工原料等高附加值产品。
　　与其他传统的农业废料相比，徐教授说，木材废料更是一种“低灰高能原料”，具有很大发展潜力。除了石油制品外，它们还有可能被转化成酚类、胶粘剂和树脂。目前，加拿大的木材资源主要用于原木和纸浆造纸业，现在该产业面临转型。
　　现在多数林业废料被用来燃烧供暖甚至填埋，造成了极大的资源浪费。而研究该项目所面临的最大挑战就是降低生产成本。徐教授的研究团队承担将木屑转变成原油的工作，并且将成品送到炼油厂去进一步加工提炼。UWO在这个行业处于领先地位，我们可以用非食物材料来确保国家的能源安全。
　　谈到在研究过程中遇到困难时，徐教授坦然表示，正所谓“万事开头难”，这项新技术在基础研究阶段曾因看不到应用前景而面临重重困境。在进行应用研究时，如何将技术放大也是一个关键的问题，比如，将容量为100克的小反应器做成100公斤的大设备就是一个艰难的跨越过程，这就是徐教授团队和工业界进行密切合作的重要原因。
　　徐春保教授其他科研成果
　　徐春保教授1998年毕业北京科技大学，获冶金工程博士学位，并于2004年从UWO毕业（师从加拿大工程院院士祝京旭教授），获化学工程博士学位。他是国际公认的新兴生物炼制领域中的年轻研究员，在开发生物质能源、生物质燃料、生物质化工、生物质材料等方面都颇有建树。他目前是加拿大自然科学和工程研究基金NSERC 、林产品创新研究院FPInnovations森林生物炼制项目的联合工业研究讲席教授。
　　徐教授曾获得过1个中国专利，还有6个美国/加拿大专利等待批准。他出版了三本书（章节）并撰写了120多篇论文，其中包括60篇经过同行评审的专业期刊论文。徐教授目前担任国际化学反应工程（IJCRE）杂志共同主编。
　　徐教授强调，搞科研需要执着，因为实验过程本身是个比较漫长的探索过程，期间很多失败无法避免。关键的是，我们要在每次失败后积累宝贵经验，并及时作出判断，造成这一局面的原因是什么，由此才能改进实验手段，甚至修订整个项目的机理。
　　由于全身心扑在实验中，徐春保教授和家人在一起的时间很少，但仍觉得这是一项很有乐趣也非常值得的工作。他说，做绿色化工工程意义重大，是造福后代的大事，虽然我们现在还不存在危机感，但今后几代人肯定需要此类技术，因此需提前做好有关技术储备。
　　采访临近结束，徐春保教授表示，非常感谢太太和家人对自己科研工作的理解和支持。

UWO化学品和燃料替代资源研究所（ICFAR）生物质能源化工实验室

生物质中低温加压直接液化反应装置

生物原油加氢脱氧反应装置

化学品和燃料替代资源研究所（ICFAR）大型流化床实验装置

徐教授在实验室

①生物原油；  ②石油基酚醛树脂； ③生物原油基酚醛树脂