日前，水利与土木工程学院刘志丹教授团队在《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了题为Green Coal and Lubricant via Hydrogen-free Hydrothermal Liquefaction of Biomass的研究论文。
在当前双碳和能源转型的大背景下，生物质的高效利用是实现双碳目标的重要途径。水热液化技术可以将高含水生物质和有机废弃物直接转化为生物原油，是一种可持续的石油替代品，可用于获取可再生能源和高价值化学品。但生物原油需要经过提质加工后才能利用，其中不可避免地面临着一个权衡：一方面是通过加氢处理会消耗大量氢气，提高成本；另一方面是在不添加氢气的情况下产生大量的生物原油重质组分，影响利用效率。
生物质和有机废弃物水热液化生物原油联产绿煤与生物润滑油技术
基于上述问题，该工作研发了一种基于生物原油重质组分利用的无氢炼制新技术和模式，通过多联产绿煤和生物润滑油，实现了生物原油几乎全组分增值利用（约90%）。该研究通过蒸馏获得的蒸馏残渣（蒸馏温度超过500°C的部分）被称为绿煤，其高位热值与传统煤炭相当，但燃料比和灰分含量更低。
绿煤的基本特性及与现有的可再生及传统固体燃料性能比较
真空馏分（350-500°C）可通过环氧化和酯化反应共同作用，制备生物润滑油，其粘度与齿轮油相似。此外，生物润滑油有着更高的饱和度和极性，使其摩擦学特性得到了改善。
生物润滑油的摩擦特性及机制
通过生命周期分析发现，该技术模式与生物原油加氢提质路线相比，能够实现温室气体排放减少28%，能源投入减少35%。这些发现将推动生物原油炼制技术的发展，使其不仅仅替代石油能源，而是直接替代石油产品。团队将继续致力于生物原油炼制的技术攻关，开发高价值的可再生化学品或材料，助力实现碳中和目标。
不同生物原油精炼路线的生命周期评价结果比较
中国农业大学刘志丹教授团队致力于生物质能、水热技术、生物质-环境-能源等方面的研究。中国农业大学为该研究唯一第一和通讯作者单位，团队博士后曹茂炅为论文第一作者，刘志丹教授为论文通讯作者。团队博士后孔德亮、博士生额热艾汗、袁昌斌等参与了相关工作，丹麦奥尔堡大学Lasse Rosendahl教授、美国伊利诺伊大学Yuanhui Zhang教授、香港城市大学Charles Chunbao Xu教授、清华大学吴玉龙教授参与了合作。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业大学2115人才发展计划等支持。