文 ｜ 《中國科學(xué)報(bào)》 記者 馮麗妃

柴油車尤其是重型貨車堪稱“經(jīng)濟(jì)動脈”——承擔(dān)著全國70%以上的公路貨運(yùn)量，是物流運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“強(qiáng)勁引擎”。但這個(gè)“大力士”也有“副作用”，高頻次長途運(yùn)行使其成為交通行業(yè)大氣污染的“頭號選手”。

氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）……這些柴油車排放的污染物，是我國大氣PM2.5和臭氧污染的主要“元兇”，全國NOx排放總量中約30%來自柴油車。

怎么啃下這塊“硬骨頭”？這是美麗中國建設(shè)的一道“必答題”，也是一個(gè)關(guān)乎自主技術(shù)的“卡脖子”難題。中國工程院院士、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心（以下簡稱生態(tài)中心）研究員賀泓帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以“催化劑技術(shù)”為突破口，二十五載砥礪前行，攻克了這道難題，并實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的迭代升級。日前，賀泓團(tuán)隊(duì)的研究成果獲得2024年度中國科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)。

催化材料成為突破口

2001年，在海外深造工作11年的賀泓回到祖國。彼時(shí)的中國，正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與環(huán)境保護(hù)并重的新階段。交通運(yùn)輸行業(yè)是環(huán)境污染和碳排放的“大戶”之一。更嚴(yán)峻的是，盡管重型貨車的保有量不足10%，卻貢獻(xiàn)了超過50%的碳排放，其排放的NOx和PM分別占汽車總排放量的75.4%和52.1%，成為“高污染、高排放”的典型代表。

我國機(jī)動車污染排放標(biāo)準(zhǔn)從無到有、從“國一”到“國六”僅用20余年，這對重型柴油車污染控制技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

“由于我國柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間較歐美同類標(biāo)準(zhǔn)晚近10年，使得我國柴油車排放控制存在‘卡脖子’技術(shù)難題?！辟R泓回憶說。

與汽油車相比，柴油車采用富氧的燃燒模式，具有燃燒效率高、燃油經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)勢。然而，這一燃燒特點(diǎn)也帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)：提高柴油機(jī)燃燒效率會加劇熱力型NOx排放，形成難以協(xié)調(diào)的“蹺蹺板效應(yīng)”。

賀泓敏銳認(rèn)識到：“關(guān)鍵在于高性能的后處理催化材料！”

2011年，賀泓（中）與團(tuán)隊(duì)成員在中國重汽產(chǎn)線做生產(chǎn)工藝研究。

作為柴油車排氣凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，催化材料的性能直接決定了NOx、PM等污染物的轉(zhuǎn)化效率及排放達(dá)標(biāo)水平，是突破技術(shù)瓶頸、提高凈化效率的關(guān)鍵和難點(diǎn)所在。

機(jī)遇總是眷顧有準(zhǔn)備的人。2001年，國家“863”計(jì)劃首次納入資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，賀泓團(tuán)隊(duì)成功申請到首個(gè)柴油機(jī)NOx凈化技術(shù)研究課題。從此，他們開啟了長達(dá)25年的科研長跑，連續(xù)承擔(dān)“十五”到“十四五”期間的“863”計(jì)劃和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，在柴油車污染控制領(lǐng)域持續(xù)深耕。

從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化落地的25年長跑

在攻克柴油車尾氣凈化這一難題的過程中，賀泓團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“原理性技術(shù)-工藝性技術(shù)-產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”全鏈條創(chuàng)新體系，開創(chuàng)了我國柴油車尾氣治理的新局面。

“我們的研究路徑很明確——先吃透催化反應(yīng)機(jī)制、實(shí)現(xiàn)高性能催化劑的設(shè)計(jì)合成，再利用產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)平臺，破解放大合成、涂覆成型等技術(shù)難題，最終實(shí)現(xiàn)自主可控生產(chǎn)以及規(guī)?；瘧?yīng)用?！辟R泓說。

這條看似清晰的科研路線，走起來卻充滿艱辛與變數(shù)。

最初，基于技術(shù)先進(jìn)性考量，研究團(tuán)隊(duì)選擇了以車載燃油和乙醇添加劑作為還原劑的碳?xì)溥x擇性催化還原（HC-SCR）技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)NOx凈化。但2004年歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)升級后，國際上側(cè)重于以尿素為還原劑的氨選擇性催化還原（NH3-SCR）技術(shù)路線，迫使團(tuán)隊(duì)不得不轉(zhuǎn)向“雙軌并行”策略。

在技術(shù)推廣階段，研究團(tuán)隊(duì)本想推廣更先進(jìn)的HC-SCR技術(shù)，卻遭遇未曾料到的市場阻力。因此，他們不得不重新布局——既要考慮技術(shù)先進(jìn)性，又要兼顧現(xiàn)實(shí)可行性。最終，他們優(yōu)先滿足國家重大需求，全力攻關(guān)NH3-SCR技術(shù)，成功研制出滿足“國四”至“國六”標(biāo)準(zhǔn)的系列后處理系統(tǒng)。

賀泓還組建了專項(xiàng)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，成功實(shí)現(xiàn)了催化劑技術(shù)的迭代，完成了從傳統(tǒng)釩基催化劑到富鋁分子篩催化劑的技術(shù)跨越。

“每項(xiàng)突破都是集體智慧與努力的結(jié)晶。”賀泓強(qiáng)調(diào)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了老中青結(jié)合、多學(xué)科交叉的創(chuàng)新梯隊(duì)，形成了覆蓋基礎(chǔ)研究到工程轉(zhuǎn)化的完整創(chuàng)新鏈條。

在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中，賀泓作為帶頭人，負(fù)責(zé)規(guī)劃研究方向和總體技術(shù)路線；催化劑關(guān)鍵原理及技術(shù)的攻關(guān)突破，主要由生態(tài)中心研究員余運(yùn)波、何廣智與中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所（以下簡稱城市所）研究員連志華負(fù)責(zé)；而在中試驗(yàn)證、放大生產(chǎn)和技術(shù)落地等環(huán)節(jié)，城市所研究員單文坡和生態(tài)中心研究員單玉龍發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

此外，研究團(tuán)隊(duì)采用了“開放式攻關(guān)模式”，將深層次合作擴(kuò)展到團(tuán)隊(duì)外部。2012年，賀泓與浙江大學(xué)教授肖豐收的一次偶遇，促成了富鋁分子篩催化劑的聯(lián)合攻關(guān)。2015年，為解決控制系統(tǒng)的“卡脖子”問題，研究團(tuán)隊(duì)與東風(fēng)商用車公司一起，研發(fā)自主控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“催化劑-載體-封裝-控制”一整套全自主后處理系統(tǒng)的應(yīng)用，打破了國外公司的壟斷。

通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，研究團(tuán)隊(duì)還與整車、整機(jī)廠和車用排氣后處理廠商等合作，研發(fā)了適配不同車型的后處理系統(tǒng)，已在超過500萬輛中重型柴油車上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，滿足“國四”“國五”“國六”排放標(biāo)準(zhǔn)，年減排NOx約200萬噸。同時(shí)，富鋁分子篩的高活性也為“史上最嚴(yán)”的“國六”排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施提供了重要的科技保障。

回顧25年來從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科研長跑，賀泓有三點(diǎn)深刻體會：一是抓基礎(chǔ)，以理論創(chuàng)新引領(lǐng)技術(shù)突破；二是抓關(guān)鍵，打通科研成果轉(zhuǎn)化關(guān)鍵卡點(diǎn)；三是抓落地，滿足國家重大需求?！翱茖W(xué)研究要緊扣國家重大需求，從現(xiàn)實(shí)需求中凝練科學(xué)問題，把論文寫在祖國大地上。”賀泓說。

2020年，賀泓在中國重汽做講座。

把論文寫在祖國大地上

“科學(xué)無國界，但科學(xué)家有祖國?！币宦纷邅?，這句話始終印刻在賀泓心中。

賀泓曾立志做“基礎(chǔ)研究”，因?yàn)檎J(rèn)識到“中國落后在‘技術(shù)’只是表象，根子在‘科學(xué)’，在于基礎(chǔ)研究里沒有原創(chuàng)的東西”。

然而，1998年，在一趟歸國航班上，他看到被污染的大氣像鍋蓋一樣籠罩在我國城市上空，毅然決定從應(yīng)用研究著手，開展環(huán)境治理研究。

為推動相關(guān)研究落地，他一路帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)“過五關(guān)斬六將”，克服重重困難。

2010年與中國重汽的合作，就是其中一次考驗(yàn)。為突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)在中國重汽的濟(jì)南廠區(qū)安營扎寨，老師、學(xué)生與企業(yè)工人同吃同住，共同攻關(guān)。夏天車間溫度超過40℃，冬天又冷得伸不出手，就這樣“夏練三伏、冬練三九”，他們終于協(xié)助中國重汽建立了首條符合“國四”“國五”標(biāo)準(zhǔn)的催化劑產(chǎn)線。

然而，與單一企業(yè)合作不利于成果的推廣應(yīng)用。為轉(zhuǎn)變科研成果轉(zhuǎn)化模式、更好地推動成果落地，單文坡帶隊(duì)在寧波市北侖區(qū)建成先進(jìn)的催化材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)平臺，打破了從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵工藝卡點(diǎn)，在柴油車尾氣凈化催化劑的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。

“科學(xué)精神就應(yīng)該是實(shí)事求是、求真務(wù)實(shí)、不怕困難、開拓創(chuàng)新?！辟R泓如是說。

他向記者分享了突破科技成果轉(zhuǎn)化瓶頸的3個(gè)策略。一是堅(jiān)持以成果應(yīng)用和問題解決為導(dǎo)向，在與企業(yè)合作中不計(jì)較個(gè)人和團(tuán)隊(duì)利益得失；二是科研人員進(jìn)車間，共同攻關(guān)建產(chǎn)線；三是建立產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)平臺，與行業(yè)企業(yè)開展全方位合作，培養(yǎng)一批既懂技術(shù)研發(fā)又精通后處理系統(tǒng)的復(fù)合型人才。

賀泓（中）在東風(fēng)商用車考察交流（2022年）。受訪者供圖

賀泓表示，獲得中國科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)，既是對團(tuán)隊(duì)數(shù)十年如一日堅(jiān)持創(chuàng)新的高度認(rèn)可，凸顯了科技創(chuàng)新在破解環(huán)境治理難題中的核心價(jià)值，也是對未來科研航向的指引。

“經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，當(dāng)前我國交通運(yùn)輸行業(yè)減污降碳協(xié)同增效已進(jìn)入‘深水區(qū)’。我們將持續(xù)深耕基礎(chǔ)研究，著力突破技術(shù)難關(guān)，加速推進(jìn)新一代清潔柴油車和碳中和燃料內(nèi)燃機(jī)排放控制技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為全球環(huán)境治理貢獻(xiàn)‘中國方案’?！辟R泓表示。

本文轉(zhuǎn)自“中國科學(xué)報(bào)”微信公眾號，來源：《中國科學(xué)報(bào)》 (2025-06-03 第1版 要聞)。

環(huán)境催化——原理及應(yīng)用（第二版）

ISBN 978-7-03-069546-8

賀泓 等著

北京：科學(xué)出版社，2021.08

本書從環(huán)境與催化的關(guān)系出發(fā)，以環(huán)境催化的主要研究對象為體系，力求系統(tǒng)、全面地論述環(huán)境催化的特點(diǎn)、研究方法、催化原理及其在環(huán)境污染控制方面的重要應(yīng)用成果和最新研究進(jìn)展，最后還介紹了自然界自發(fā)存在的環(huán)境催化的概念和相應(yīng)的研究前沿。

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