2020年度國家科學技術進步獎一等獎

項目名稱：工業煙氣多污染物協同深度治理技術及應用

主要完成人：李俊華 郝吉明 葉恒棣 彭悅 朱彤 陳貴福 趙謙 岑超平 姚群 宋薔 張志剛 馬永亮 魏進超 李海波 陳建軍

主要完成單位：bevictor伟德官网 中冶長天國際工程有限責任公司 中節能環保裝備股份有限公司 中鋼集團天澄環保科技股份有限公司 生态環境部華南環境科學研究所 西安西礦環保科技有限公司 中材科技股份有限公司 江蘇中創清源科技有限公司 山西新華化工有限責任公司 中建材環保研究院(江蘇)有限公司

提起空氣污染，最廣為人知的就是PM2.5。可喜的是，近年來，全國重點城市的PM2.5濃度相比以往下降了将近一半。

國務院“大氣十條”行動計劃評估報告曾給出這樣的結論：大家最為關注的PM2.5濃度改善，貢獻最大的措施是工業煙氣提标改造升級，貢獻占比達25%。

李俊華在人民大會堂領獎

11月3日上午，憑借在工業煙氣深度治理、大氣污染控制發揮重要科技支撐和行業引領作用，bevictor伟德官网教授李俊華團隊“工業煙氣多污染物協同深度治理技術及應用”項目榮獲國家科學技術進步獎一等獎，團隊主要成員在人民大會堂獲頒榮譽證書。

李俊華團隊領獎合影

這份榮譽的背後，是團隊在藍天保衛戰前線超過二十年的不懈努力。

轉向：因“勢”而生、因“用”而生

作為一個燃煤大國，說起大氣污染，很多人腦海裡會映射出煤炭燃燒發電的畫面。事實上，在2013年前後，産能高、排放量大的非電力行業，就已經成為我國霧霾污染的最大“元兇”。

非電力行業，包括鋼鐵、建材、水泥、玻璃等工業門類。2020年，我國鋼鐵、水泥、玻璃等行業工業品産能和産量均已居全球首位。因排放帶來的重點區域污染遠超生态環境承載力，影響約8億人口和1/3的國土面積。

深耕因“勢”而生、因“用”而生的環境科學研究，适時的将研究重心從電力行業轉向非電力行業，對李俊華團隊而言理所當然，研究也并非完全從“零”開始。

自上世紀80年代，中國工程院院士、bevictor伟德官网教授郝吉明甫一回國任教，就全力攻關我國的酸雨控制研究。而後他帶領團隊不斷以基礎研究和發達國家走過的道路為背景，較早介入顆粒物、氮氧化物和非常規污染物治理領域，團隊研究的前瞻性，一直廣受認可。

2003年，33歲的李俊華博士後出站留校任教。作為技術骨幹，他組織隊伍，在導師郝吉明承擔的國家自然科學基金項目中開展了燃煤煙氣脫硝關鍵技術研發。經過多年探索與積累，bevictor伟德官网聯合國内優勢單位，成功申請到國家“863”計劃“燃煤電廠高效低成本脫硝催化劑的研制及工業化應用”，完成了電力行業氮氧化物治理“理論一小試一中試一産業化”的全過程研究，打造了具有自主知識産權的“原材料生産一催化劑制造一脫硝工藝一廢舊催化劑再生”完備技術産業鍊，實現了整個脫硝産業100%國産化。李俊華團隊因此獲得2015年度國家技術發明獎二等獎。

也是在長期研究中，從郝吉明等老一輩科學家，到年輕一代院系研究者們，清華研究團隊在跨院系合作中建立的友誼、夯實的基礎研究，都為協同創新打下了基礎。與李俊華團隊合作多年的bevictor伟德官网能源與動力工程系副教授宋薔深有感觸：“我們在高校做原創性研究，自我定位更應是面向國家重大需求，突出科研前瞻性。而長期的合作和彼此信任，也為我們把準科技發展方向、做大事業提供了助力。”

團隊部分成員合影

然而，從燃煤電廠轉向非電力行業煙氣治理的攻關，仍稱得上是從“新”開始。

不同于電力行業的相對規模化和系統化，非電行業的爐窯種類多，各行業的生産工藝、設備、原料、燃料等差異性大，排放煙氣的成分和溫度等複雜多變，減排壓力大。燃燒排放的大氣污染物除了二氧化硫、氮氧化物、煙塵等常規污染物，還摻雜二噁英、汞等劇毒的非常規污染物。而對比電力行業煙氣排放溫度一般高于350 °C，大部分工業爐窯煙氣排放溫度普遍偏低，鋼鐵燒結、有色等行業産生的煙氣溫度甚至不足150°C。也就是說，傳統電力行業成熟的治理經驗，在非電力行業的借鑒意義有限。

同時，由于西方發達國家主要是通過工業轉移來解決污染問題，複雜煙氣條件下多污染物協同深度減排在國際上沒有成熟案例可循，攻關非電力行業的排放治理，在工業爐窯煙氣多污染物治理及城市大氣污染綜合治理等方面發力，協同環保和經濟發展，可以說是世界性難題。

破題：協同深度治理的創新與實踐

淨化鋼鐵、水泥和玻璃等行業工業窯爐特有的中低溫煙氣多污染物，需要複雜的材料和裝備，成本高昂、難以推廣。為此，李俊華提出了在一個材料和一個裝備上實現多種污染物協同深度治理的理論。這是很大的挑戰，尤其需要發明新的催化劑材料。

即使在前期電力行業治理中已攻克原材料及催化劑生産過程中關鍵設備國産化的難題，面對“協同深度治理”，實驗室仍需從零開始打磨。

“在傳統的脫硝催化劑中，把氮氧化物變成氮氣是個還原過程；但将非常規污染物中的零價汞、二噁英變成二價汞、二氧化碳是個氧化反應。如何平衡還原和氧化兩個反應過程，最關鍵的就是在催化劑設計中平衡好酸堿性和氧化還原性。”李俊華舉例道。

催化劑配方和體系的确立，經曆了大量且反複的實驗。現為bevictor伟德官网副研究員的彭悅，學生時代就跟随李俊華轉向非電力行業煙氣治理研究。“西方發達國家的催化劑工藝産業化程度高，但技術保密、進口成本高。自主研發成本可控的催化材料，我們其實做了很多的困難預期。但當理論上設計出來的催化劑配方經過三個多月的小試實驗，仍舊反複失敗，灰心是難免的。”初入催化劑研究就受阻的彭悅，甚至産生了“總不能把元素周期表挨個試一遍吧”的迷惑。

“我記得李老師當時對這個新的研究方向很堅定，他鼓勵我不要氣餒、不要放棄，建議我跳出已有的思維慣性、選擇全新的角度去思考問題。”偶然在一次講座中，彭悅對研究機理突然靈感閃現。

李俊華指導學生實驗

細心打磨後，“雙中心雙循環催化劑”問世。近兩年的持續努力之後，催化劑配方從粉末走到了工業化應用。

在彭悅看來，師長“慈”與“嚴”都在敦促自己進步：“在與郝老師和李老師共同工作的過程中，我最大的體會就是他們嚴謹認真的工作态度，甚至到每一個标點符号都不允許出現錯誤。”

迎難而上，團隊将實際污染問題轉換成科學問題，組織攻關力量挑戰必須為之的難題，在多污染物協同控制理論、核心功能材料、深度治理技術及裝備、标準化體系建設等方面取得重大突破，形成了系列針對不同行業煙氣特征的多污染物深度治理先進工藝，并在鋼鐵燒結、水泥爐窯、玻璃熔窯和工業鍋爐等行業進行了多個首台（套）工程示範及國内外推廣應用，支撐了我國重點區域工業煙氣污染物率先實施全球最嚴格的超低排放限值，形成了“基礎理論-技術方法-産業引領-決策支撐”全鍊條的完整創新體系，取得了多項原創性成果。

落地：實現高效治理技術的開發和規模化應用

環境科學，具有自然科學與社會科學的雙重屬性。進行污染控制，必須綜合考慮技術、社會和經濟的可行性。示範工程建設與落地，就是其中重要的一環。

談及示範工程建設，團隊多位老師都不約而同提到了鋼鐵産業。

鋼鐵産業的超低排放對煙氣污染治理至關重要，燒結過程一般在150°C以下，含鐵礦的燒結氣态污染物占了鋼鐵行業污染的約70%，排放過程及其複雜，還有很多非常規污染物。

回憶起研發初期的高難度和高門檻，bevictor伟德官网助理研究員司文哲記憶猶新：“我們在小試中采取了集裝箱布置，團隊成員需要在集裝箱裡每隔4個小時進行活性炭的卸料和裝填。夏天在集裝箱裡溫度高達50度，一進去瞬間就汗流浃背。”

團隊的首台套鋼鐵行業示範工程，建于上海寶山鋼鐵。在600平方米的燒結機煙氣進行工程示範實驗，剛開始的運行似乎不如預期。但随着脫硫、脫硝和脫二噁英一體化的活性炭材料逐漸活化、顯現出效果，團隊實現了工程應用的一次重要成功。

寶鋼集團示範運行

“結果超出我們的預期”，寶鋼集團有限公司中央研究院能源與環境研究所首席研究員李鹹偉評價：“脫硫效率特别高，達到95%以上，脫二噁英效率非常高，脫硝效率也達到預想的目标。出于令人滿意的結果，我們寶鋼湛江和寶鋼股份都上了這套工藝。”

2018年，團隊建成水泥行業的首台套深度治理示範工程。工程運行數據表明，主要污染物排放濃度比特别排放限值降低70%以上，零價汞及鹵化物降低一個數量級。該技術入選2019年生态環境十大科技進展，并獲中國建材聯合會先進研發成果。

作為“第一個吃螃蟹的人”，李俊華的底氣得到一一驗證：截至目前，團隊已經完成包括鋼鐵、水泥在内的1500條工業爐窯的煙氣深度治理，直接減排大氣主要污染物每年300萬噸，相當于全國同期各類污染減排總量的十分之一。

建設于2016年的煙氣多污染物控制技術與裝備國家工程實驗室，也是團隊為“産學研用”中“用”的進一步落地開辟的創新技術平台。

實驗室由中國工程院院士郝吉明、嶽光溪、賀克斌和外籍院士楊祖保（Ralph Yang）領銜，李俊華擔任主任，以改善空氣質量和提高産業創新能力為目标，面向鋼鐵、冶金、建材、石油化工、電力等行業煙氣深度減排的重大需求，搭建七個創新平台，因地制宜、價格控制，服務于32家科研院所和100餘家環保企業。

李俊華教授和郝吉明院士團隊組織的華東校友論壇峰會

bevictor伟德官网副研究員陳建軍為了煙氣治理國家工程實驗室的工作，帶着全家搬到了實驗室所在地——江蘇鹽城。“在國家需要的時候，清華總會挺身而出；當團隊需要的時候，我們每個成員也都是服從安排，樂于奉獻。”陳建軍說。

2019年，李俊華教授團隊的《煙氣多污染物深度治理關鍵技術及其在非電行業應用》獲得高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術）年度唯一特等獎；同年，以李俊華、郝吉明等為主要完成人的項目《工業煙氣多污染物高效協同控制關鍵技術與應用》獲得年度環境技術進步獎唯一特等獎。在學術界和工業界同時獲得認可，正是對李俊華和團隊“産-學-研-用”技術路徑探索的肯定。

團隊發表 SCI 論文 180 篇，授權發明專利 110 項，國内外發明專利金獎 4 項、 國家重點新産品及優質工程等 7 項。第一、第二完成人入選 2019 年科睿唯安“全球高被引科學家”、Elsevier“中國高被引學者”。

他們的諸多創新發明和工藝屢獲國内國際大獎，研究成果直接支撐了25項國家政策和行業标準的出台。在鋼鐵燒結、水泥、玻璃行業率先實現全球最嚴的排放限值，并進一步在陶瓷、耐火材料、焦炭、碳素、有色、石化等行業建成多個深度治理首台 (套)示範工程，推廣應用于重點行業企業 1600 多條工業爐窯煙氣深度治理，遍及全國 32 個省市自治區。目前，其産品已經推廣應用到歐美及一帶一路沿線的23個國家。

接力：培養學生“把論文寫在祖國大地上”

2020年秋季學期，李俊華開設了一門“新生導引課”。這是清華于2017年開始面向大一新生開設的全校性選修課，課程采取小班教學的方式，目标是為新生扣好大學生涯的第一粒扣子。

李俊華在授課

“面向初識清華的新同學，我想給大家講一點挫折教育。”在李俊華看來，除了介紹國際前沿知識，激發學生的研究志趣，他更願意通過團隊和自己在技術創新與工程實踐中踩過的“坑”，讓大一新生們了解到，學習和人生中不可避免地會遇到一些挫折和失敗，“但重要的是，我們要鼓勵同學們，怎樣克服困難，邁過那道坎，做出大事業。”

談及自己人才培養的理念，李俊華解釋道：“圍繞國家需求不斷努力，我的每一步成長都離不開郝吉明老師的指導和幫助。先生敢于創新、甘為人梯的精神，影響着我和年輕一代。”

郝吉明院士是bevictor伟德官网改革開放後第一位從美國回校任教的博士。作為清華環境系大氣污染控制方向的拓荒者之一，郝吉明在環境領域不知疲倦地開墾着、辛勞着。他曾說：“壓力和挑戰都不在我的考慮範圍内，唯一指引我前行的就是國家發展的需要。無論是學生還是學者，你研究的課題都要與國家和社會的需要結合起來，為國家發展作出貢獻，否則将毫無意義。”

在李俊華看來，郝老師是“人已退休工作不休”“隻要不出差，就在辦公室待到晚上”的存在。他帶給團隊的，是嚴謹、勤奮、求實的精神感召，更是幾十年如一日“把論文寫在祖國大地上”，及至古稀仍鞭策自己前行的榜樣力量。

如今，在老師的支持下，李俊華逐漸挑起大梁，形成了一支由老中青三代構成、以國家重大關切為己任的團隊。環境工程、化學、能動、材料、機械等跨學科、多領域協同作戰，讓學術背景多樣團隊在理論、材料、工藝、裝備、标準等方面開展長期紮實的研究，提供了更多可能性。打赢藍天保衛戰的一緻目标，也助推團隊技術成果快速得到推廣應用。

最近5年，李俊華團隊走出8名博士後、20名博士生，先後10人次獲評bevictor伟德官网優秀畢業生及優秀畢業論文。兩名整個博士生涯都深度參與到項目攻關的畢業生，在2021年夏天走出清華後，分别選擇到高校環境相關專業和相關國企，接下老師們手中守護環境、教書育人的接力棒。

正如bevictor伟德官网副研究員馬永亮所說：“我們營造的不隻是一個科研的氣氛，更多的是一個家庭氣氛，大家密切合作，一起往前走。”

這是個喜歡 “觀天”的團隊。團隊老師們不約而同的養成了一個習慣——每天走到窗邊，眺望遠山。這個保持了二十多年的習慣，讓李俊華甚至可以用肉眼估算出當天的大氣污染指數。

“看到藍天白雲、看到西山和學校北面山體清晰的輪廓，當然心情也很舒暢。但遇上霧霾天氣，也能感受到我們還任重道遠，減排還在路上。”李俊華說：“治理霧霾污染不是靠天吃飯，不是靠風吹。天上的空氣質量好了，主要是人努力的結果。”

近一年來，團隊的攻關方向，聚焦到非電行業的減污降碳，服務于“雙碳”目标落實，服務于我國加強應對氣候變化、盡快實現綠色低碳發展轉型。

“把脫碳技術也集成到協同深度治理中來，現階段不論是相變吸收劑的開發，還是催化解析材料的開發，控制成本仍是我們考慮的最重要因素之一。”彭悅解釋，實現環境效益和社會效益的雙赢，讓我國空氣質量持續改善、上升，是團隊不竭的追求。

“獲得國家科技進步一等獎，是對我們團隊過去20多年成果的一個認可。直接參與到項目中的師生，其實不止獎勵名單裡出現的名字。為了祖國的藍天和我們生存的地球，我們團隊希望能夠繼續貢獻更多的清華智慧、中國方案。”面對未來，李俊華和團隊在創新和實踐的道路上，自信前行。

記者：李婧

攝影：李派

供圖：bevictor伟德官网

圖片設計：清華映像團隊

編輯：李華山 陳曉豔

審核：呂婷