日前，水利與土木工程學院劉志丹教授團隊在《自然-通訊》（Nature Communications）在線發表了題為Green Coal and Lubricant via Hydrogen-free Hydrothermal Liquefaction of Biomass的研究論文。

在當前雙碳和能源轉型的大背景下，生物質的高效利用是實現雙碳目標的重要途徑。水熱液化技術可以將高含水生物質和有機廢棄物直接轉化為生物原油，是一種可持續的石油替代品，可用于獲取可再生能源和高價值化學品。但生物原油需要經過提質加工后才能利用，其中不可避免地面臨著一個權衡：一方面是通過加氫處理會消耗大量氫氣，提高成本；另一方面是在不添加氫氣的情況下產生大量的生物原油重質組分，影響利用效率。

生物質和有機廢棄物水熱液化生物原油聯產綠煤與生物潤滑油技術

基于上述問題，該工作研發了一種基于生物原油重質組分利用的無氫煉制新技術和模式，通過多聯產綠煤和生物潤滑油，實現了生物原油幾乎全組分增值利用（約90%）。該研究通過蒸餾獲得的蒸餾殘渣（蒸餾溫度超過500°C的部分）被稱為綠煤，其高位熱值與傳統煤炭相當，但燃料比和灰分含量更低。

綠煤的基本特性及與現有的可再生及傳統固體燃料性能比較

真空餾分（350-500°C）可通過環氧化和酯化反應共同作用，制備生物潤滑油，其粘度與齒輪油相似。此外，生物潤滑油有著更高的飽和度和極性，使其摩擦學特性得到了改善。

生物潤滑油的摩擦特性及機制

通過生命周期分析發現，該技術模式與生物原油加氫提質路線相比，能夠實現溫室氣體排放減少28%，能源投入減少35%。這些發現將推動生物原油煉制技術的發展，使其不僅僅替代石油能源，而是直接替代石油產品。團隊將繼續致力于生物原油煉制的技術攻關，開發高價值的可再生化學品或材料，助力實現碳中和目標。

不同生物原油精煉路線的生命周期評價結果比較

中國農業大學劉志丹教授團隊致力于生物質能、水熱技術、生物質-環境-能源等方面的研究。中國農業大學為該研究唯一第一和通訊作者單位，團隊博士后曹茂炅為論文第一作者，劉志丹教授為論文通訊作者。團隊博士后孔德亮、博士生額熱艾汗、袁昌斌等參與了相關工作，丹麥奧爾堡大學Lasse Rosendahl教授、美國伊利諾伊大學Yuanhui Zhang教授、香港城市大學Charles Chunbao Xu教授、清華大學吳玉龍教授參與了合作。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國農業大學2115人才發展計劃等支持。