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〔新華日報〕打破慣性思維，為傳統化工搭建“桌面工廠”
時間：2024-12-10
來源：新華日報
作者：謝詩涵
攝影： 編輯：張恩斯
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□ 本報記者 謝詩涵
“如果將傳統化工生產比作‘燉羊肉’，那么微流場技術就是‘涮羊肉’。盡管兩者都是用水把羊肉煮熟，但燉羊肉耗時長且‘外焦里嫩’，而涮羊肉速度快且口感均一。在微流場技術下，傳統需要十幾個小時的反應往往幾秒就可以完成。”12月3日，南京工業大學黨委常委、副校長郭凱教授榮獲本年度何梁何利基金科學與技術創新獎青年創新獎。
近年來，圍繞綠色化工領域，郭凱率團隊在微化工技術和生物基材料研究上不斷創新突破。國家技術發明獎二等獎、省科學技術一等獎、國際杰出青年化學工程師獎、閔恩澤能源化工獎……辦公室的陳列柜上，眾多榮譽如璀璨星辰，記錄了這位80后青年科技工作者科研道路上的一個個重要節點。
年產萬噸的生產線，僅一張辦公桌大小
“歐陽平凱院士是我的恩師，也是我學術上的引路人。他教會了我做科研既要頂天，也要立地。做出來的東西有沒有人用，能不能對國家、社會產生實效，這是我們最需要關心的問題。”2010年，一心想從事應用化學研究的郭凱受時任南京工業大學校長歐陽平凱院士的感召，辭去了英國的工作來到南工大任教，并同步開展綠色化工攻關。
那時，團隊里加上郭凱一共只有3個人。盡管科研條件艱苦，他卻始終堅持從產業實際中找選題，也愿意沉下心來打磨一件事。一間30多平方米的實驗室，成了郭凱授課之外待得最久的地方。
傳統化工間歇生產持液量大、均一性差，導致化工生產安全性偏低、排放和泄漏嚴重，安全環保事故頻發，而微流場技術可以很好地解決這一難題。郭凱告訴記者：“傳統工業放大過程中，大家會下意識地認為大規模生產就要將裝置做得更大一些，而這項研究的難點就在于突破這一慣性思維，讓實驗裝置盡可能小一些，通過微尺度效應強化相關傳質、傳熱、反應速率等，提升制造效率，讓工業生產更加綠色安全。”
一條年產萬噸的生產線，傳統幾層樓高的反應釜可以被壓縮成一張辦公桌大小，而里面核心的反應部件和幾個可樂罐差不多大。“由于反應器尺度小、反應速度快，物料均一性會更好，污染排放可降低50%以上，能耗降低40%以上，設備占地面積可縮小90%以上。”郭凱說。
敢于試錯，抓好科研的“兩頭”
結合微流場技術，郭凱團隊利用可再生原料，創制了生物基聚氨酯、聚酯、聚酰胺、氨綸、增塑劑等高效固碳、健康環保、性能優良的新材料產品。截至目前，團隊先后完成生物基材料累計40余萬噸/年以及多個精細化學品千噸/年至萬噸/年轉化，為省內外近百家企業提供技術服務，推動微化工技術從“芯片實驗室”走向“桌面工廠”。
一個月前，郭凱主持完成的“新型高性能生物基聚氨酯及其關鍵制造技術”項目榮獲2023年度省科學技術獎一等獎。在這一項目中，團隊從無到有構建工藝路線，創新性地從棉籽油等非食用性油脂中提煉出國際首款全替代型產品——國產生物基聚氨酯，成功實現了原料、過程、產品的全流程綠色化。目前相關產品已廣泛應用于鐵路隧道、西氣東輸等多領域。
該項目最終取得了良好的社會效益，但技術研發的過程卻充滿挑戰。郭凱回憶，團隊首次從植物油中提取出生物基聚氨酯后，由于原材料凝固點高，做出來的產品一到冬天就會凝固。這個結果是大家始料未及的，也迫使團隊從源頭結構上作出調整，進一步降低產品凝固點。“科研創新就是一個不斷試錯的過程，不可能永遠一帆風順。而成果背后的無數次試錯經驗，正是我們隱性的財富。”
教師、科研團隊領頭人、學校行政事務參與管理者……郭凱肩上的擔子越來越重，但他始終堅持將一半的時間投入到科研中。不斷和企業交流，更是他多年來一直堅持做的一件事。“于我而言，最關心的就是科研的‘兩頭’問題，一頭是能不能與國家戰略、前沿熱點結合，另一頭是能不能解決實際問題、產業化應用。要想抓好這‘兩頭’，需要我們前期做大量細致的工作，因為一旦成果落地，留給我們的失誤空間將少之又少。”
走出科研“舒適區”，創新永無止境
從最初的3個人壯大到如今的百余人，郭凱團隊的學科交叉屬性越來越強化，所關注的問題也越來越廣，材料新結構的AI設計、工藝路線開發、工程設備研制、材料加工技術都已成為團隊關注的熱點。
對于團隊內正處于成長階段的青年科技工作者，郭凱常建議他們要找準個人定位、區域定位和歷史定位。“一些年輕人在做科研時常常有慣性，習慣陷在自己的舒適區，這一定程度上限制了自身發展。瞄準國家戰略和產業實際，勇敢走出科研舒適區，或許會收獲別樣精彩的風景。”
眼下，郭凱團隊生物基氨綸、生物基尼龍、生物基多元醇、生物基防腐涂料等多個項目正處于工業放大的關鍵階段，而他和團隊也正在嘗試一種全新的成果轉化路徑。
“以前科研成果轉化一般通過技術交底、專利許可或轉讓的方式給企業產業化，而這往往導致企業一次性投入太大，不利于項目良性發展。”郭凱表示，如果中試階段能以項目公司的形式運行，則不單單可以驗證技術的成熟度，也可同時進行商業模式和政策適用性的驗證。“未來我們希望將技術成果盡可能往前推進，讓企業少走一些彎路，進一步釋放技術附加值。”
2024年12月10月《新華日報》11版：https://newspaper.xhby.net/?act=article&aid=1399317&layountIndex=10&date=20241210&siteID=2&id=1
