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何鸣元:一位化学大师的责任与担当

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在上海华东师范大学美丽的校园里,与中国科学院院士何鸣元的几次会面,绿色发展都是逃不开的话题。

他是我国知名的石油化工催化材料专家,但是在他眼里,面对人类社会的需求和发展,化学化工的责任和担当是要在环境友好的前提下给人类提供燃料和化学品。因此,在我国实施“碳达峰”“碳中和”行动中,寻找并利用化学的新技术、新方法,减少或替代对人类社会有害的原料、催化剂、溶剂和产品,成了这位已经年过八旬的科学家的坚守与奋斗。


喜欢化学科学的何鸣元,从青年时代就在坎坷与磨炼中成长。

1940年出生在苏州的何鸣元,高中毕业报考清华大学,虽然成绩优异却因家庭海外关系,与自己的目标擦肩而过,进入了华东纺织工业学院。

1961年进入刚刚创建5年的石油科学研究院(中国石化石油化工科学研究院前身,以下简称“石科院”)工作,正想一展抱负,却遇到了“五七”干校劳动和“文化大革命”运动,被下放“改造”、被批判。但即使在如此艰苦的条件下,他依旧完成了汽油的族组成、芳烃含量分析等色谱分析方法,继而又将色谱分析和催化反应过程结合起来,进入到更为重要的催化科研领域,开启了一生为之殚精竭虑的研究事业。

机会总是留给有准备的人。1980年国家公开选拔公派留学生,何鸣元经过教育部组织的公开考试,以访问学者的身份前往美国西北大学进行研究学习。两年后,他转到得克萨斯大学,继续以访问学者的身份进行催化化学相关研究。在这里,他一年竟然完成了5篇论文,并都在美国《催化杂志》等重要杂志上发表。

几年的深造,何鸣元进入了催化化学的前沿阵地,对相关领域的有关课题已经能够应付自如、游刃有余。

1984年的冬天,何鸣元归国,继续回到已经从石油工业部划转到中国石油化工总公司的石科院,担任基础研究部主任。此时的石科院大咖云集,汇聚了中国科学院院士闵恩泽、陆婉珍等一大批业内顶尖的专家学者。

于是,在一众大师的带领下,一位化学专家,带领着一群博士、硕士研究生,开始了一次中国革命式的催化剂开发的长征,成长为又一位大师。


19世纪90年代,美国人MCAfee提出用催化剂来加工石油的方法,这一灵感决定了以后全世界的炼油技术的方向。

在化工领域,高温高压下的石油油气组分通过催化剂的表面孔道,转化成不同馏分或不同产品,这个过程全是分子结构变化的过程,大分子变成小分子,分子之间不断反应和转化,同时通过催化剂的作用,促进化学分子转化的速度,并有选择性地转化成目标产品。不同孔道结构的分子筛,是制造催化剂的重要材料。

20世纪末期,化学工业、精细化学品制造、分离吸附等方面的技术高速发展,何鸣元的工作就是围绕分子筛展开深入的研究。

何鸣元带领团队,从研究沉积稀土氧化物的解离和迁移入手,开发了新的高硅型分子筛及相应的重油裂化催化剂,这种全新的Y型分子筛成为迄今为止工业中应用最多的分子筛之一。

1993年,一种Y型分子筛催化剂被评为中国石化总公司发明一等奖,两年后被评为国家技术发明二等奖。在其后的时间里,何鸣元又提出异晶导向的独特的合成方法和新的水热改性方法,开发了MFI型结构的ZRP系列分子筛,其活性稳定性和选择性大幅度优于国外同类产品,不但出口到国外,而且有力地支持了催化裂解制烯烃等多项我国独特技术的发展,催化裂解成套技术出口国外。ZRP系列分子筛在1995年被国家科委评为当年中国十大科技成就之一。也是在同一年,55岁的何鸣元当选为中国科学院院士。

时代总会铭记对社会有贡献的人。2019年10月,在第二十届全国分子筛学术大会上,中国化学会向何鸣元颁发“中国分子筛终身成就奖”,认为其提出了选择性氢转移、超笼利用率、单分子及双分子反应竞争与协调等概念,为解决我国重油裂化、提高催化裂化汽油辛烷值、新标准汽油升级等技术难题作出了重要贡献。

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2021年上海市获批的第一个化学领域基础科学中心项目——国家自然科学基金“功能介孔材料科学中心”揭牌,81岁的何鸣元挂帅出征


本刊记者最近一次与何鸣元院士的访谈,缘起于他20年前担任石科院总工程师时负责攻关的一项任务——在极短的时间内解决中国油品质量升级的技术问题。

何鸣元回忆说,中国在2000年签订了《联合国气候变化框架公约的京都议定书》并正准备加入WTO,积极履行国际环境保护协议,参照欧美标准和世界燃油规范,对燃油质量提出了更高的要求。

成品油质量升级不仅对原料质量要求高,所需工艺更是“卡脖子”技术。禁止了传统的生产车用含铅汽油后,油品还必须解决降烯烃和保证辛烷值的矛盾。按照国外的模式生产清洁汽油,投资要数千亿元人民币。

从20世纪90年代末开始,何鸣元带领石科院科研人员首先攻克了在降烯烃的同时增加异构烷烃的反应机理,仅仅用三个月时间就研制出相关催化剂;又组织和支持许友好等专家,成功研发了一套全新的工艺流程——多产异构烷烃催化裂化工艺(英文名称Maximizing Iso-Paraffins,简称为MIP工艺)。

这套全新的工艺不仅走出了一条符合我国国情的汽油质量升级之路,同时也让中国的油品生产技术第一次真正和世界的绿色化学概念接轨。

何鸣元研究化学,也始终在反思化学。他认为清洁燃料的生产,首当其冲的依然是催化剂和催化过程的开发研究。

工业化的发展为人类提供了许多新型的物料,这些新物料大大改善了人们的物质生活水平,同时也给人类造成了十分严重的污染。催化是化学工业的基石,但是在催化过程中传统的化学反应,也会带来非常严重的污染。因此,国际上一些发达国家高度重视催化技术的发展与新型催化剂的研制,加速发展环境友好型催化过程,推动化学工业走向绿色化学。

2000年,国家关于基础研究的重大计划“973”项目——“石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学”立项,何鸣元被任命为该项目的首席科学家。就在当年,他也离开了工作几近40年的石科院,担任华东师范大学化学系教授。他此后的人生,又开启了一条站在专业领域最前沿,与世界最新思想偕行的体系创建之路。



位于上海市中心的华东师范大学是新中国成立后组建的第一所社会主义师范大学,处于国家“世界一流大学”建设高校A类行列。

2001年,何鸣元在华东师范大学化学系创建了中国首个离子液体化学研究中心,并担任中心主任。他们的主要研究对象离子液体,是一个世界公认的绿色化学材料,同时他们还从事催化化学、化学工程、精细有机合成和材料科学等领域的研究,开展一系列与绿色化学密切相关的前沿性工作。

在刚刚进入21世纪的中国,这是一个冷门学科,但何鸣元义无反顾地坚持了下来。

2003年,在上海市科委及学校的支持下,以原离子液体化学研究中心为主体,上海市正式批准成立了绿色化学与化工过程绿色化上海市重点实验室,何鸣元带队集中力量开展绿色化学基础研究和应用开发。实验室开发绿色化学反应和合成路线,研制新的高效绿色催化剂及其他绿色功能材料,为从源头上消除污染提供理论和实验基础。同时在上述研究基础上,他们针对化工过程中的环境与资源问题,与上海市高桥石化、上海石化等单位紧密合作,开发绿色化工工艺和技术,实现化工过程绿色化,真正从源头上消除污染。

也许技术突破的灵感可以来自于一瞬,但技术发展的路往往是漫长艰辛的。

10年坚持不懈的研究,50年研发经验的积累,2010年,在第15届全国催化学术会议上,何鸣元以大会报告形式提出了自己和孙予罕、韩布兴两位教授共同研创的绿色碳科学概念,在业界引起震动。

70岁的何鸣元,在世界上开创了一项独一无二的新体系理论。他指出碳是生命、社会和工业的关键元素,碳能源对人类社会可预见的未来极为重要,对我国的能源战略也尤为重要。

“绿色催化是发展的方向,它是走向生态文明新时代,建设美丽中国的新路径;更是实现中华民族伟大复兴中国梦的重要内容”,何鸣元说。



此后的10多年间,何鸣元的研究就聚焦于优化含碳化合物的转化以及与其相关的整个碳循环过程,包括碳资源加工、碳能利用、二氧化碳固定和碳循环,及其间碳化学键的演变等,来实现碳资源的高效利用和二氧化碳净排放的最小化。

年过古稀的老人,在国内积极倡导率先创建了由48位两院院士以及多位高层次特聘教授汇集的绿色催化专家智库,组成了国内绿色催化领域最强大的科学家团队。

这支顶级科学家团队,入青海,进甘肃,开展绿色催化、清洁能源、新材料、煤化工、环境保护、稀土利用、盐湖化工等领域的研究,“我们围绕‘创新、开放、绿色、协调、共享’的五大发展理念,重点要让西部的资源优势转变为绿色可持续发展优势。”何鸣元说。

由何鸣元带队的“院士青海行”活动和在甘肃天水举行的“麦积山论坛”相继展开,为青海和甘肃的产业勾画了绿色发展新蓝图;“院士陕西行”活动则聚焦陕西的石油化工、煤化工及新材料产业的创新转型和绿色利用,为西部的发展起到积极的推动作用。

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本刊常务副总编魏晓文与何鸣远院士合影


2019年,近80岁的何鸣元推动智库启动了《绿色催化专家智库蓝皮书》咨询工作,目标是评述绿色过程和制造领域的重点产业技术发展方向,促进学术界和产业界创新发展,为西部地区产业绿色升级拓展思路。2022年,蓝皮书的第一本《西部绿色产业发展评述》由兰州大学出版社正式出版发行,书中不仅有对西部地区绿色生态产业发展现状的综述和分析,还有构建西部地区绿色发展体系的规划和建议。

“下一步我们将以自己的科技优势,集中力量为西部绿色及可持续发展破难题,用智慧和力量使西部有绿水青山,更有金山银山 。”83岁的何鸣元话语依旧铿锵有力。