我国是世界最大的铝生产国和消费国，铝产量占世界总产量的30%多，而且仍处于高速增长中。但我国铝土矿储量仅占世界3%，按现有铝工业发展速度静态计算，我国铝土矿资源将只能用10年。煤炭是我国最主要的能源资源，不仅是重要的燃料，还是重要的化工原料。煤炭开采的副产物煤矸石约占其排放量占煤炭开采量的10％～25％，目前我国煤矸石堆积量约30亿吨；煤燃烧利用的必然产物粉煤灰，占原煤质量的15%～40%。目前我国粉煤灰堆贮量已超过29亿吨，而且每年以超过3亿吨的量继续产生。煤气化、液化等产生的煤化工灰渣在我国年排放约4000万吨，未来40年我国将产生煤化工灰渣100～250亿吨。由于地质构造原因，我国的煤系固废中氧化铝含量较高，具有回收利用铝资源的巨大潜力。本项目采用界面活化方法诱导产生铝硅酸盐结构缺陷，在少量助剂协同作用下激发配位体大量重组而最终提高煤化工灰渣反应活性，并以工业大量副产稀盐酸或硫酸为浸取剂，获取多种高附加值化工产品。伴随我国劳动力成本持续上升与环境保护日趋严峻，加大环境保护力度、缓解资源供给瓶颈、推动循环经济形成较大规模、促进资源循环利用产业转型升级是废物资源化科技创新的准则。本项目的开发成功可有效地解决煤化工灰渣的规模化处置和资源化难题，提供新型铝资源，并将形成能源、资源、化工、冶金、环保新型循环产业链，带动我国新型煤化工技术进步和相关产业升级。

市场背景：我国具有世界上最大的有机质废弃物产生量：城镇污泥年产量已经超过4000万吨（以含水率80%脱水污泥计，以下同），以有机垃圾、餐厨废弃物为代表的城市有机质废弃物产量超过1亿吨/年。但我国对有机质废弃物的稳定化处理与资源化处置显著落后于发达国家，目前我国主要处理处置措施仍为填埋和焚烧，对城市环境造成严重的二次污染威胁。随着欧洲等发达国家可再生能源战略的实施、国际能源危机的进一步加深、我国对大气环境及水环境质量要求的进一步提高，城镇有机废弃物的高效生物燃气化技术，尤其可以满足大型城市集中式处理处置与能源资源综合利用需要的有机废弃物干法厌氧生物制气技术，可以把有机质废弃物高效转化为生物燃气，生产清洁能源，实现废弃物的减量化和高值循环利用，已经成为目前国际上有机垃圾、城市污泥等富含有机质废弃物处理和资源化利用的重点发展方向，各国纷纷在该领域投入大量研究，抢占城市有机质废弃物资源化与能源化产业化技术的制高点。由于我国污泥泥质的特殊性，其有机质含量远低于国外、含砂量高、生物反应池负荷低等，国外传统成熟的污泥厌氧消化处理技术在我国无法得到稳定应用，造成国内大量污泥处理处置设施的故障闲置，城市污泥及有机质处理处置技术存在着重大的瓶颈性问题。 国内外现状：国内外有微波强化预处理促进低有机质污泥厌氧资源化、城市低有机质污泥的好氧堆肥研究、温和热处理对低有机质污泥厌氧消化性能的影响等相关城市污泥厌氧化资源化技术，但针对我国污泥有机质低、含砂量高、区域差异大的特点的合适的污泥资源化处理处置技术却鲜少，本技术方案突破了传统厌氧消化要求进料含固率为5%的技术要求，实现了将进料含固率提升至10%~20%实现连续稳定厌氧消化的可行性与调控措施，并在国际上较早报道了脱水污泥直接实现厌氧消化的连续流试验结果，并提出了高含固体系下污泥与餐厨等城市有机质废弃物的协同厌氧消化调控技术，创造性的提出了适用于我国典型低有机质污泥高含固厌氧消化的技术路线。 目前本项目组针对我国污泥低热值的泥质特点，开发了适用于生污泥与消化污泥的热解/焚烧耦合技术，并形成核心装备，解决了污泥及工业固废高效热化学处理的技术难道与成套装备。

项目成果/简介:市场背景：我国具有世界上最大的有机质废弃物产生量：城镇污泥年产量已经超过4000万吨（以含水率80%脱水污泥计，以下同），以有机垃圾、餐厨废弃物为代表的城市有机质废弃物产量超过1亿吨/年。但我国对有机质废弃物的稳定化处理与资源化处置显著落后于发达国家，目前我国主要处理处置措施仍为填埋和焚烧，对城市环境造成严重的二次污染威胁。随着欧洲等发达国家可再生能源战略的实施、国际能源危机的进一步加深、我国对大气环境及水环境质量要求的进一步提高，城镇有机废弃物的高效生物燃气化技术，尤其可以满足大型城市集中式处理处置与能源资源综合利用需要的有机废弃物干法厌氧生物制气技术，可以把有机质废弃物高效转化为生物燃气，生产清洁能源，实现废弃物的减量化和高值循环利用，已经成为目前国际上有机垃圾、城市污泥等富含有机质废弃物处理和资源化利用的重点发展方向，各国纷纷在该领域投入大量研究，抢占城市有机质废弃物资源化与能源化产业化技术的制高点。由于我国污泥泥质的特殊性，其有机质含量远低于国外、含砂量高、生物反应池负荷低等，国外传统成熟的污泥厌氧消化处理技术在我国无法得到稳定应用，造成国内大量污泥处理处置设施的故障闲置，城市污泥及有机质处理处置技术存在着重大的瓶颈性问题。 国内外现状：国内外有微波强化预处理促进低有机质污泥厌氧资源化、城市低有机质污泥的好氧堆肥研究、温和热处理对低有机质污泥厌氧消化性能的影响等相关城市污泥厌氧化资源化技术，但针对我国污泥有机质低、含砂量高、区域差异大的特点的合适的污泥资源化处理处置技术却鲜少，本技术方案突破了传统厌氧消化要求进料含固率为5%的技术要求，实现了将进料含固率提升至10%~20%实现连续稳定厌氧消化的可行性与调控措施，并在国际上较早报道了脱水污泥直接实现厌氧消化的连续流试验结果，并提出了高含固体系下污泥与餐厨等城市有机质废弃物的协同厌氧消化调控技术，创造性的提出了适用于我国典型低有机质污泥高含固厌氧消化的技术路线。 目前本项目组针对我国污泥低热值的泥质特点，开发了适用于生污泥与消化污泥的热解/焚烧耦合技术，并形成核心装备，解决了污泥及工业固废高效热化学处理的技术难道与成套装备。应用范围:项目已经进入示范运行阶段，在长沙（基于热水解预处理的高含固污泥厌氧消化工程，500吨/天）、镇江（污泥热水解+污泥/餐厨高含固协同厌氧消化工程，260吨/天）、丽水（市政与工业污泥热解/焚烧耦合无害化处理，100吨/天）等地建立了示范工程，取得了良好的运行效果。 通过本技术的应用实行，市政污泥及城市有机质高级协同厌氧消化制气技术的研发及产业化有助于解决我国有机质废弃物处理设施普遍存在的厌氧消化产气率低、降解率低的问题，在原有工艺基础上提供更高的生物质能源利用率。既可以解决城镇污泥及其他城市有机质的处理处置问题，又实现资源的充分利用和能量流的最大化循环，突破了我国在生物质能这一重大国际热点新能源领域的技术与产业竞争力，具有重要的社会和创新效益。项目阶段:其他（进入示范运行阶段）效益分析:技术亮点：该项研究工作突破了传统厌氧消化要求进料含固率为5%的技术要求，实现了将进料含固率提升至10%~20%实现连续稳定厌氧消化的可行性与调控措施，提出了适用于我国典型低有机质污泥高含固厌氧消化的技术路线，解决了我国城市不同废弃物在高含固的条件下实现协同厌氧消化问题，增加消化设施的工程效益，提高反应效率的问题，为我国城市有机质的协同消化提供了机理与技术研究的支撑，突破了国外技术垄断。在此基础上，进一步针对我国污泥低热值的泥质特点，开发了适用于生污泥与消化污泥的热解/焚烧耦合技术，并形成核心装备，解决了污泥及工业固废高效热化学处理的技术难道与成套装备。 技术优势：相较于传统消化技术，解决了我国有机质废弃物处理设施普遍存在的厌氧消化产气率低、降解率低的问题，实现了高进料含固率下的持续稳定运行，提高了单位体积产气率，从而提高了单位体积产能，在原有工艺基础上提供了更高的生物质能源利用率，从而实现市政污泥、餐厨、禽畜粪便、有机垃圾等废弃物中营养物质与能源的协调调配与高值利用。

我国是一个能源消耗大户，能源利用率还不高，平均不到30%，而在一些工业较发达的国家已达40%以上，有的已超过50%。我国每年生产的用于工业炉的烟气和化工系统反应等废热回收设备回收的废热约为60万千瓦，其中三分之一的废热回收后是用于生产的，三分之二是用于废热锅炉产生蒸汽的。通常的废热回收都是采用废热锅炉利用废热生产蒸汽或热水。由废热锅炉生产的蒸汽或热水

为解决有机固废来源广泛、热解特性差异大、热解装置运行不稳定等难题，针对不同来源有机固废，构建了差异性的热解策略，开发了气固双循环热解技术、静态回转热解技术、旋转步进热解技术以及旋转耙式热解技术等。已在新疆、重庆、湖北、黑龙江、江苏等地推广建立了20余套工业应用装置。用户认为，热解装置运行稳定性强、处置效率高、经济效益好。 目前，项目团队正与多家央企单位进行合作洽谈。该成果申请国家发明专利21项，其中授权14项。多项具有完全知识产权的核心技术突破了行业发展壁垒，达到了国际领先水平，荣获中国发明协会发明创新一等奖等奖励5项。

本技术开发用于废油再生的专用膜材料，提高膜在油液净化过程中的抗污染能力，形成废润滑油再生关键技术，本技术已建成千吨以上成套示范装置，稳定运行两年以上，经济效益和社会效益均很好。

陈立泉院士 1940 年生于四川南充，1964 年毕业于中国科学技术大学物理系，同年到中国科学院物理研究所工作至今。2001 年 11 月当选为中国工程院院士，是专注中国锂电池第一人。他在中国率先开展锂电池及相关材料研究。在国内首先研制成功锂离子电池。解决了锂离子电池规模化生产的科学技术与工程问题，实现了锂离子电池的产业化。他曾是物理所高温超导材料研究的负责人和主要研究者，首次发现 70K 超导迹象，研制出液氮温区超导体并首次公布了材料成分。近年来，开展了全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池和固体氧化物燃料电池中的物理化学过程及相关材料的设计、合成、表征、物理和电化学性能及其应用研究。为开发下一代动力电池和储能电池奠定了基础。发表论文 250 余篇，申报发明专利15 余项。 2021 年 1 月 17 日，陈立泉院士在中国电动汽车百人会论坛（2021）上表示：“目前液态锂离子电池的能量密度到了 300 瓦时/公斤，已经达到了一个极限。下一步或者新一代电池要发展固态电池，逐渐要过渡到全固态锂电池。同时我们还应该发展钠离子电池，它的电解质目前是液态电解质，下一步也要发展固态钠离子电池。”

本项目采用自主研制的含污废热回收装备（耐污垢可清洗组合式栅板换热器），实现了高效节能换热器激光焊接（无模具）工艺制造技术，使换热器快速成型制造产业化。以高端节能创新技术，设计体积小的组合式栅板换热器，适应高耗能行业不同节能工艺和场地的需求，实现换热器的高效和可清洗功能；促进高耗能行业节能技术更新、设备和生产工艺的改造，显著地提高高耗能行业的能源效率，实现节能降耗的目标。耐污垢可清洗组合式栅板换热器可以使换热器传热能力增加10％～20％，壳程阻力下降50～70%，将大幅度提高换热器的节能潜力，实现节能25～35%。该换热器利用污垢形成机理，在线适时清洗，使换热器始终处于高效工作状态。该设备是适用于钢铁厂冲渣水余热回收、造纸厂黑液余热回收、 烟气余热回收等余热利用以及其它类似场所的通用换热器。

在集成电路、太阳能电池等制造产业中，单晶硅在线切割过程中会产生大量的废砂浆。废砂浆经预处理，除去聚乙二醇和大颗粒碳化硅，剩余部分称为环保废砂浆，其主要成分为二氧化硅、硅、小颗粒碳化硅及少量金属杂质。然而，环保废砂浆易自燃，人们对其回收利用研究的很少，一般封存填埋处理，不但造成资源浪费，而且给环境带来巨大的危害。本项目利用环保废砂浆制备附加值高、应用广泛的白炭黑并分离回收碳化硅的资源化工艺，具有较为重要的环境保护和循环经济意义。制得二氧化硅含量可达到98%以上，各项指标达到白炭黑产品的国家标准。