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餐废油脂处置及资源化利用多面手｜上海市科学技术奖

2023-11-22 07:31

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

2022年度上海市科学技术奖

强国复兴有我

优秀创新成果展示

今年5月，科技蓝闪耀上海。期间，暌违两年的上海市科学技术奖于5月26日在上海展览中心再度揭晓。胸怀“国之大者”，坚持“四个面向”，一大批标志性成果竞相涌现，为正处于关键跃升期的上海国际科技创新中心建设增添底色和亮度。

2022年度上海市科学技术一等奖获奖项目优秀创新成果来啦！本栏目以“强国复兴有我”为主题，重点围绕项目要解决的问题、取得的重要创新、实际应用效果等方面，向社会公众展示获奖成果。

本期“档案”大揭秘

项目名称：餐废油脂生物柴油制备及车用关键技术

完成单位：同济大学等

完成人：楼狄明等

奖励等级：科技进步奖一等奖

餐废油脂（地沟油）回流餐桌严重危害人体健康，影响食品安全。餐废油脂制生物柴油是性能优良的碳中性燃料，能助力交通领域 “碳达峰、碳中和”。但餐废油脂处置及资源化利用存在“一致性制备难、发动机自适应控制难、资源化闭环应用难”等痛点。

科学研究如何助力餐废油脂处置及资源化利用？同济大学汽车学院楼狄明教授带领的团队为此展开了持久探索和攻关。近期，他们以餐废油脂为原料，进行脂化后制备出车用级生物柴油，攻克了柴油机自适应控制技术等难题，建立了餐废油脂资源化利用的“上海模式”。

利用餐废油脂制备车用生物柴油

餐废油脂（地沟油）主要包括煎炸食品的废弃油脂、排入下水道的废弃油脂、以及厨余垃圾中的废弃油脂。上海有餐馆等产油单位4.9万余家，每年产生地沟油约10万吨，治理难度和资源化利用空间巨大。

“基于学科所长，解决餐废油脂处置及资源化利用的痛点，是科研团队致力绿色发展，促进交通领域‘碳达峰、碳中和’，助力人民城市建设的着力点。”楼狄明说。

“餐废油脂来源复杂，酸值波动极大，含有清洁剂、调味料等各类杂质，在生产制备过程中对工艺控制和品质控制要求极高。” 团队成员张学旺说。

项目创新地通过纳米级金属氧化物掺杂，强化催化剂活性组分的附着力，从而适应餐废油脂的酸值波动，提高催化剂活性、选择性和使用寿命。

与此同时，团队首创了全连续、全自动、一体化、分步式四塔联蒸餐废油脂制车用生物柴油成套技术，通过多级处理、空间酯化、智能精馏、在线调和等技术实现了复杂来源餐废油脂全过程连续化、自动化高质量生产，解决了餐废油脂生物柴油的一致性制备难题。

全连续、全自动、一体化、分步式

四塔联蒸餐废油脂制车用生物柴油成套技术

灵活比例生物柴油发动机

高效清洁燃烧一体化智能控制技术

“团队在调研中发现，车用生物柴油在使用过程中应用比例灵活，柴油机工况瞬变，导致生物柴油发动机‘喷油控制自适应难、灵活比例高效燃烧难、PM与NOx排放协同控制难’等痛点。”团队成员胡志远说。

针对发动机喷油控制自适应难这一痛点，团队创新提出根据生物柴油比例和柴油机工况在线调整喷油的想法，发明了多模型耦合的生物柴油发动机自适应燃料喷射控制方法，通过采集燃油温度、冷却液温度、车速、油门位置等多源传感器信号，进行多模型耦合，在线调整喷油控制策略，从而实现定时、定点、定量精准喷油，解决了生物柴油发动机喷油控制自适应难的问题。

多模型耦合自适应燃料喷射控制方法

“生物柴油灵活比例高效燃烧难的核心是燃烧模式控制”，团队成员王忠说。项目组首先进行了灵活比例生物柴油燃烧基础研究，认清了灵活比例生物柴油“微爆破碎”和“复合火焰传播”的本质，在此基础上提出了“活性预混主导、含氧基团催化、多点着火扩散、湍流燃烧可控”的高效燃烧模式，提高了灵活比例生物柴油燃烧效率。

灵活比例生物柴油高效燃烧模式

“灵活比例生物柴油发动机PM与NOx排放协同控制难的核心是如何解决‘PM和NOx此消彼长’的矛盾关系。”楼狄明说。为解决这一难题，团队提出了以NO2为调控介质，解耦PM和NOx控制矛盾的想法，独创了灵活比例生物柴油后处理系统自适应控制技术，通过柴油机PM净化装置再生时刻、以及NOx净化装置的尿素喷射量的协调控制，提高了灵活比例生物柴油柴油发动机尾气净化系统对生物柴油比例和发动机燃烧情况的适应性，同时降低PM与NOx排放。

灵活比例生物柴油后处理系统自适应控制技术

与此同时，“发动机零件多，使用工况复杂，生物柴油应用对发动机可靠性提出更高的要求。”团队成员纪丽伟说。针对这个问题，团队提出了灵活比例生物柴油发动机关键零部件可靠性提升技术，显著提升燃料供给系统、燃烧系统、排气系统及后处理系统可靠性，车辆累计可靠运行超过上亿公里。

运行示范车辆

科技成果

促进餐废油脂处置和资源化利用，

助力交通行业低碳发展

“餐废油脂回收、制备到应用环节多、产业链长、监管难，闭环应用技术体系缺乏。”楼狄明说。

在上海市食药安办、市科委、交通委和食安联的大力支持下，项目组形成了“政-产-学-研-用”深度合作的创新模式，打通了全系列车用生物柴油应用技术体系，推动了上海市餐废油脂“收运、处置、应用”全过程全产业链闭环监管体系的建立，通过信息化手段全方位阻断了地沟油回流餐桌的可能。全球首次实现了特大型城市（上海）餐废油脂的应收尽收、应用尽用，彻底解决了餐废油脂回流餐桌的重大民生难题。

餐废油脂“收运、处置、应用”

全过程全产业链闭环管理模式

项目成果应用于中石化、中石油等2家国有石化企业，在上海建成近300座B5生物柴油加油站，在上海市车用级生物柴油零售市场中的占有率达100%，累计实现碳减排192万吨。同时，项目成果也应用于上海新动力、云内动力、威孚力达等10余家终端行业龙头企业，引领了行业技术发展，提升了自主研发能力和核心竞争力。

据悉，我国每年消耗食用油3800余万吨，其中近千万吨成为餐废油脂。“这项餐废油脂处置和资源化利用项目的推广实施，可实现年碳减排2250万吨，碳交易额超过13亿元，在保障食品安全的同时促进交通运输行业低碳、可持续发展，将在全国餐废油脂治理和资源化利用中扮演重要角色。”楼狄明说。团队将以国家餐废油脂治理为抓手，持续推动餐废油脂处置和资源化利用“上海模式”的推广，向着全国餐废油脂全部实现资源化利用这一目标迈进。