提起“綠色未來(lái)”，大家往往想到的是治理污水、汽車尾氣、塑料袋……卻很難與水泥技術(shù)聯(lián)系在一起，水泥技術(shù)與綠色未來(lái)有著怎么樣的關(guān)聯(lián)？北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)中心有著這樣一支團(tuán)隊(duì)，致力于材料全生命周期分析系統(tǒng)的研究，為水泥這類低附加值的傳統(tǒng)耗能行業(yè)向高效生態(tài)型發(fā)展提供技術(shù)引領(lǐng)和支撐。

  普通水泥中的大學(xué)問(wèn)

  對(duì)于水泥，我們并不陌生，然而水泥生產(chǎn)過(guò)程卻鮮為人知：大小不一的石灰石經(jīng)過(guò)破碎，加入砂巖等磨細(xì)制成生料，喂入水泥窯中煅燒成熟料，再將熟料與適量石膏磨細(xì)而成?？此坪?jiǎn)單的過(guò)程，控制不好很容易給環(huán)境帶來(lái)一定程度的危害，首先是水泥從原材料采集到生產(chǎn)完成對(duì)資源能源的依賴度高，其次是生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵和煙氣。而在城市建設(shè)中，水泥是不可或缺的建筑材料，如何破解它與環(huán)境這一矛盾？

  鉆研水泥技術(shù) 用智慧點(diǎn)亮

  北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)中心自主研發(fā)了材料全生命周期分析系統(tǒng)，并應(yīng)用于指導(dǎo)水泥等傳統(tǒng)材料的節(jié)能減排。材料全生命周期分析系統(tǒng)是什么？它是怎樣指導(dǎo)水泥企業(yè)節(jié)能減排，以最低的能耗、最少的污染，生產(chǎn)出最大效能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的呢？

  材料生命周期分析系統(tǒng)就是基于LCA開(kāi)發(fā)的分析材料流程資源/能源消耗和環(huán)境排放等綜合環(huán)境負(fù)荷的技術(shù)工具，目標(biāo)是以最少的資源能源消耗、最低的污染生產(chǎn)出最大效能的產(chǎn)品。不僅能夠通過(guò)清單分析給出原材料消耗、電耗、熱耗、CO2排放等單項(xiàng)環(huán)境負(fù)荷指標(biāo)，而且通過(guò)特定的計(jì)算方法給出包括資源/能源消耗和環(huán)境排放的綜合環(huán)境負(fù)荷指標(biāo)，避免單指標(biāo)片面性和多指標(biāo)不確定性，更方便地評(píng)價(jià)與比較不同工藝、同一流程中的不同工序、以及流程和工序在不同時(shí)間段的環(huán)境負(fù)荷變化情況，更科學(xué)更精細(xì)地挖掘節(jié)能減排潛力。

  水泥環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)與節(jié)能減排僅是材料生命周期分析系統(tǒng)的一個(gè)典型應(yīng)用，核心是通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)化流程對(duì)照法，實(shí)現(xiàn)了LCA方法與水泥材料工業(yè)流程的對(duì)接。實(shí)際流程與標(biāo)準(zhǔn)化流程對(duì)比可以計(jì)算出改進(jìn)潛力指數(shù)，提出并優(yōu)選改進(jìn)方案。基于這種方法，提出了水泥清潔生產(chǎn)的綜合評(píng)價(jià)法，形成了水泥清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)行業(yè)管理和企業(yè)分項(xiàng)管理的需要，經(jīng)過(guò)工序參數(shù)建模與流程模型集成，開(kāi)發(fā)出水泥生命周期能耗分析、碳排放等單項(xiàng)指標(biāo)分析軟件，集成清單分析、影響評(píng)估等功能。對(duì)北京水泥企業(yè)生產(chǎn)流程進(jìn)行了環(huán)境負(fù)荷分析，辨識(shí)出環(huán)境負(fù)荷重點(diǎn)工序和主要影響類別，提出了節(jié)能改造方案，改造后單位功能產(chǎn)品不可再生資源消耗降低2.2%，溫室效應(yīng)降低53.6%，獲得中國(guó)建筑材料科技進(jìn)步獎(jiǎng)。根據(jù)北京市環(huán)境保護(hù)及水泥企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的需求，比較研究了廢物替代水泥原燃料、水泥窯協(xié)同處置廢物、以及不同處置工藝的綜合環(huán)境負(fù)荷，重點(diǎn)對(duì)不同的城市污泥處置方式進(jìn)行了綜合環(huán)境負(fù)荷分析，指導(dǎo)并與企業(yè)合作開(kāi)發(fā)了利用水泥窯焚燒處理危險(xiǎn)廢物、城市污泥等系列技術(shù)，建成了利用水泥窯焚燒處理危險(xiǎn)廢棄物的試驗(yàn)線、示范線，年處理危險(xiǎn)廢棄物1萬(wàn)噸，城市污泥16萬(wàn)噸，獲得北京市科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

  平凡科研中的大成就

  說(shuō)起材料全生命周期分析系統(tǒng)率先在量大面廣的水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，這與崔素萍教授不凡的科研經(jīng)歷分不開(kāi)。她畢業(yè)后有幸?guī)煆奈覈?guó)著名水泥專家陳全德教授，讀博士期間就參與到了材料全生命周期分析系統(tǒng)課題組，與中國(guó)工程院院士、著名的材料專家左鐵鏞院士和該課題組現(xiàn)任“掌門(mén)人”聶祚仁教授一起涉足LCA在水泥等傳統(tǒng)建材中的應(yīng)用研究。她現(xiàn)已成為團(tuán)隊(duì)的核心成員，博士生導(dǎo)師，材料學(xué)院副院長(zhǎng)。提起剛開(kāi)始做研究時(shí)的艱辛，崔素萍教授說(shuō)“難是難，收獲還是很大”。最初給崔素萍留下的印象是，國(guó)內(nèi)在這個(gè)方向做研究的人較少，可參考的依據(jù)不多，只能靠自己摸索。水泥廠一般地理位置偏僻。為得到可靠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)途跋涉，坐“黑摩的”到達(dá)工廠，不論男女都要爬到表面溫度50-60度、高度70-80米的預(yù)熱器塔架待上大半天是課題組的家常便飯。

  崔素萍教授說(shuō)：“我們研究團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)不僅在于科研，更體現(xiàn)在培養(yǎng)了一流的人才，我們的學(xué)生都是‘職業(yè)’培養(yǎng)出來(lái)的，很多都已經(jīng)是這個(gè)領(lǐng)域的骨干。”

  劉宇是“土生土長(zhǎng)”的工大材料人，本科、碩士到博士，團(tuán)隊(duì)伴隨著他的成長(zhǎng)。他說(shuō)，6年半的研究生經(jīng)歷，依然對(duì)材料全生命周期分析系統(tǒng)研究方向興趣十足，對(duì)團(tuán)隊(duì)也有了依賴，決定留校，成為一名教師，繼續(xù)相關(guān)的研究。團(tuán)隊(duì)中的前輩定義劉宇是“集材料、環(huán)境、軟件工程于一身的復(fù)合型人才。”

  團(tuán)隊(duì)骨干成員高峰有著類似的經(jīng)歷，研究生到博士直到畢業(yè)留校到現(xiàn)在一直從事著LCA研究，36歲的他已經(jīng)成長(zhǎng)為一名副教授。他看重團(tuán)隊(duì)多年來(lái)扎實(shí)的積累，也在擔(dān)當(dāng)重任的過(guò)程中發(fā)展了自己，在對(duì)外交流與合作的工作中樹(shù)立了自信。

  團(tuán)隊(duì)有著共同的目標(biāo)，崔素萍教授說(shuō)：“這么多年來(lái)大家愿意在一起為材料環(huán)境友好事業(yè)做點(diǎn)事，這對(duì)我來(lái)說(shuō)是難能可貴的。我們的研究方向要形成拳頭，還要把這個(gè)拳頭舉得更高。”目標(biāo)激勵(lì)著每個(gè)人的成長(zhǎng)，也促使團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)又一項(xiàng)的科研成果。崔素萍教授作為牽頭人完成“面向材料生產(chǎn)流程的環(huán)境負(fù)荷定量評(píng)價(jià)技術(shù)及應(yīng)用”獲得了2012年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，這是國(guó)內(nèi)基于生命周期評(píng)價(jià)(LCA)技術(shù)在材料領(lǐng)域應(yīng)用成果的首次獲獎(jiǎng)；近五年團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新成果獎(jiǎng)、中國(guó)建筑材料科技獎(jiǎng)、北京市科技獎(jiǎng)、山東省科技獎(jiǎng)等10多項(xiàng)環(huán)境友好材料技術(shù)方面的科技獎(jiǎng)勵(lì)，2014年獲得北京市學(xué)術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提升計(jì)劃支持。

  秉承師者使命的大責(zé)任

  作為材料學(xué)院的教學(xué)副院長(zhǎng),崔素萍教授對(duì)教學(xué)和科研有著同樣的責(zé)任。她堅(jiān)信“科技創(chuàng)新，人才是關(guān)鍵，作為教師對(duì)社會(huì)最大的貢獻(xiàn)還是培養(yǎng)人才!”在左鐵鏞院士的指導(dǎo)帶領(lǐng)下，她和團(tuán)隊(duì)成員具體落實(shí)組織建設(shè)資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)，為資源節(jié)約與環(huán)境友好型材料的研發(fā)與應(yīng)用培養(yǎng)了一批又一批的人才，已有多人成為中國(guó)建材集團(tuán)、中材集團(tuán)和北京金隅集團(tuán)等國(guó)內(nèi)主要建材企業(yè)的技術(shù)骨干。

  作為科技工作者，她基本沒(méi)有假期，實(shí)驗(yàn)室和水泥廠是她待最多的地方。她對(duì)水泥流程各類參數(shù)變化有著深入全面的認(rèn)識(shí)，早在2007年就開(kāi)展采用LCA方法對(duì)水泥窯爐NOx環(huán)境問(wèn)題定量化研究，用數(shù)據(jù)清晰地詮釋水泥工業(yè)NOx減排的重要性和可行性，并向科技部和建材行業(yè)提交了盡快推進(jìn)水泥窯爐氮氧化物減排技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的建議，得到國(guó)家和行業(yè)主管部門(mén)的重視和支持，將水泥窯爐NOx減排列入國(guó)家節(jié)能減排計(jì)劃。也是從2007年開(kāi)始，崔素萍教授受行業(yè)委托，作為水泥窯爐粉塵和氮氧化物減排關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人，組織行業(yè)優(yōu)勢(shì)單位，申報(bào)并獲得“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目支持。崔素萍教授主持第二課題“水泥窯爐NOx中低溫催化還原減排材料與技術(shù)示范應(yīng)用”研究工作，研制出適用于水泥窯爐的低溫NOx減排催化材料，申請(qǐng)專利20多項(xiàng)。通過(guò)與金隅水泥企業(yè)的合作，率先在國(guó)內(nèi)建設(shè)水泥窯爐低溫脫硝示范工程，助力水泥廠實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)。

  北工大材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)中心關(guān)于材料LCA的研究在國(guó)內(nèi)不能說(shuō)是唯一的,但可以說(shuō)是唯一“職業(yè)”做該項(xiàng)研究的，投入最大,應(yīng)用最廣泛,產(chǎn)出成果最多,也是在北京唯一能落地生根的；目前，材料全生命周期分析系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)由開(kāi)始的被動(dòng)變?yōu)槠髽I(yè)主動(dòng)需求，同時(shí)也為政府決策和倡導(dǎo)綠色消費(fèi)提供科學(xué)依據(jù)。相信團(tuán)隊(duì)未來(lái)發(fā)展及成果更加值得期待。