一根麦秆也能助力飞机“加油”？宁诺学子研究登上权威期刊

汽车可以通过电动化减少碳排放,但大型客机仍难以依靠电池实现长距离飞行,可持续航空燃料因此成为航空业减碳的重要选择。然而,这种燃料规模化供应面临着“成本高、原料少”的问题。

日前,宁波诺丁汉大学(简称“宁诺”) 研究团队创新设计了一套三层催化体系,将小麦秸秆转化为高质量的可持续航空燃料原料,为航空业减碳提供新思路,也为农业废弃物的资源化利用拓展了新路径。相关论文已发表于热解领域JCR一区(Q1)期刊 Journal of Analytical and Applied Pyrolysis。

论文的共同第一作者分别为宁诺化学工程博士生李欣洋和化学工程专业本科生周成康,由宁诺化学工程助理教授、全球前2%顶尖科学家Wai Siong Chai(蔡伟翔)指导。其中,周成康加入这项研究时还是一名大二学生。

周成康

实验中的“意外产物”,

竟成研究新突破口

“论文被接收的速度出乎我们的预期!但其实这条路走得并不顺,甚至一度要舍弃研究。”周成康回忆。

研究初期,团队原本希望从小麦秸秆中获得更多单环芳烃,这是一类可进一步转化为航空燃料的重要中间原料。然而,实验结果却“背道而驰”:单环芳烃没有增加,需要控制量的双环芳烃却明显增加。

面对这组“不理想”的数据,研究一度陷入停滞。在查阅文献并向国内外相关领域学者求证后,团队重新认识了这种“意外产物”——双环芳烃经过后续加氢,有望转化为高密度航空燃料组分,让飞机在有限的油箱空间内携带更多能量。

研究方向由此发生转变。“与其设法减少它,不如想办法更高效、更精准地富集它。”周成康说。团队随后将三种功能不同的催化剂创新组合,并通过改变排列顺序、投料比例等等来优化催化路径。与直接混合使用相比,双环芳烃的相对占比从17.59%提升至83.63%。

“我们的创新在于改变催化剂的组合和排列方式,让每一层发挥不同作用,从而获得更好的转化效果。”李欣洋说。这套工艺实现了对双环芳烃的定向富集,为后续加氢转化创造了更有利的原料条件,也为农业废弃物制备高密度可持续航空燃料组分提供了新的技术路径。

一张本科生科研“入场券”,

从迷茫到投入千余小时

每年,宁诺都会面向学生开放丰富的科研项目,让本科生有机会走进实验室、参与真实课题。以周成康所在的理工学院为例,仅今年上半年为本科生提供的科研项目就有260多个。

今年1月,周成康作为团队里年纪最小、科研经验最少的成员,加入了蔡伟翔科研组,与已有一定研究积累的博士生李欣洋组成了一对“博士生学长+本科生新人”的科研搭档。

周成康(后)与李欣洋(前)

起初,李欣洋是周成康的“入门老师”,带着他开展实验、分析催化产物、撰写论文等;随着研究深入,周成康逐渐承担起主要的数据分析工作。面对每次实验产生的数百条化合物信息,他自学Python,借助AI分析不同催化条件下的产物变化,为团队筛选更优的催化剂组合和反应条件提供依据。

在掌握科研工具的同时,周成康也形成了独立思考和判断的习惯。研究中,李欣洋常提醒他:“不要默认我和老师永远是对的,要对已有结论保持质疑,要回到科学实验和实际数据中去。”

李欣洋和周成康进行实验

团队也正是在不断分析和验证中,从实验的“意外产物”里发现了双环芳烃的价值,并由此找到了进一步加氢研究的新方向。

从加入课题组到完成论文,周成康在该项目中投入了1000多个小时。“我最大的收获是一套科研的思维方式和方法。”他说,“现在,即使面对一个完全陌生的领域,我也知道该怎样去了解它、找到问题,探索创新的方向。”

如今,团队正沿着这个方向继续探索,尝试将双环芳烃进一步加氢,转化为具有应用潜力的高密度可持续航空燃料原料。一根小麦秸秆的价值,也由此继续向前延伸。

通讯员:庄静宜、杨斯涵