“穹頂之下”、“十面‘霾’伏”……時下，談起大氣污染人人憂心?！?73”首席科學(xué)家、華東理工大學(xué)盧冠忠教授和他的團(tuán)隊歷時8年，用科技成果在治理大氣污染的道路上邁出了實實在在的步伐。他們的成果“柴油車尾氣凈化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”獲得了今年上海市科技獎勵大會的技術(shù)發(fā)明一等獎。
機(jī)動車尾氣是造成大氣污染的重要因素。目前，隨著機(jī)動車數(shù)量的快速增加，其尾氣對空氣造成越來越嚴(yán)重的污染。國家環(huán)保部2013年機(jī)動車防治污染年報的數(shù)據(jù)顯示，在機(jī)動車尾氣造成的大氣污染物中，68.2%的氧化氮和幾乎所有的顆粒物是由柴油車產(chǎn)生的。
射人先射馬，擒賊先擒王。處理好柴油車的尾氣凈化問題，就抓住了機(jī)動車尾氣污染的“七寸”。對付柴油車尾氣污染，盧冠忠說：“我們有4個主要的發(fā)明點?！边@4個發(fā)明點就像4個殺手锏，對柴油車尾氣展開了圍追堵截。
抓捕手：高性能催化劑
“柴油車尾氣中主要的污染物包括CO、碳?xì)浠衔?、氮氧化物和顆粒物。催化凈化是目前國內(nèi)外用于柴油車尾氣后處理的主流技術(shù)。”盧冠忠介紹說。兵來將擋，水來土掩。針對不同的污染物，他們發(fā)明了對應(yīng)的高性能催化劑來各個擊破——SCR瞄準(zhǔn)氮氧化物，DOC主要對付CO和碳?xì)浠衔?，DPF和CDPF是催化型顆粒物捕集器，它們負(fù)責(zé)抓捕顆粒物。
與普通的催化劑相比，盧冠忠團(tuán)隊發(fā)明的催化劑減少了釩的使用量，增強(qiáng)了催化劑在低溫條件下的活躍性。釩是一種貴金屬，價格高昂，而且有毒性。降低釩的用量，不僅減少成本，還避免了二次污染。
消除碳?xì)浠衔镂廴镜姆椒ň褪鞘蛊淙紵趸?。使用盧冠忠發(fā)明的催化劑，碳?xì)浠衔镌?50 ℃即可開始燃燒，這項性能優(yōu)于進(jìn)口催化劑。
顆粒物就是大眾談虎色變的PM10和PM2.5。盧冠忠設(shè)計的DPF、CDPF催化型顆粒物捕集器對它們來說，無異于一個“死亡迷宮”。這個迷宮外形像蜂巢，是柴油車尾氣的必經(jīng)之路。它放過氣體，但顆粒物別想從此處逃出生天。它們統(tǒng)統(tǒng)陷在“死亡迷宮”里，最終被燃燒殆盡。
抓捕利器：整體式催化劑制備及尿素噴射技術(shù)
如果說第一個殺手锏主要在化學(xué)領(lǐng)域之中，后兩個殺手锏的研制就開始“跨界”了。盧冠忠團(tuán)隊發(fā)明了大尺寸整體式催化劑制備技術(shù)和高性能的SCR尿素噴射技術(shù)。
大尺寸整體式催化劑制備技術(shù)包括整體式催化劑和多孔載體的制備。多孔載體就是上文所述“迷宮”。而大尺寸整體式催化劑制備指的是將催化劑均勻涂覆在陶瓷載體上。傳統(tǒng)方法涂層不均勻，需要兩次燒制，能耗高，生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品的合格率低。盧教授團(tuán)隊發(fā)明了“真空涂覆—真空抽提”的高精度涂覆技術(shù)，涂覆誤差控制在3%以內(nèi)。再加上常溫植皮和熱風(fēng)加濕干燥技術(shù)，使催化劑制備的生產(chǎn)能耗降低40%，產(chǎn)品合格率提高10-20%，生產(chǎn)效率提高約40%。
SCR消滅氮氧化物的原理是用氨氣還原氮氧化物，生成無害的氮氣和水。氨氣從何而來？來自尿素的熱分解。因此，尿素噴射的精度和穩(wěn)定性對SCR催化劑的性能有直接影響。第三個殺手锏——高性能的SCR尿素噴射技術(shù)，包括高精度、高可靠性尿素噴射控制技術(shù)和尿素噴射系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。
這項發(fā)明涉及電路控制與反饋、機(jī)械設(shè)計等領(lǐng)域。通過一系列設(shè)置，盧冠忠團(tuán)隊使尿素的噴射精度提高了1倍，滿足國五標(biāo)準(zhǔn)。同時，尿素噴霧的平均直徑小于30微米（國外為40微米以上），又解決了尿素易結(jié)晶的難題，使氨氣泄漏控制在10個單位以內(nèi)，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的25個單位，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
抓捕手“產(chǎn)業(yè)化”：智能化診斷與整機(jī)匹配技術(shù)
最后一個，也是對技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有決定意義的殺手锏是故障智能化診斷與整機(jī)匹配技術(shù)?！肮收现悄芑\斷”包含“芯片自診斷、負(fù)載電流診斷和信號合理性診斷”三級故障診斷，能夠保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，且能在不同工況下自動調(diào)整，提高了尾氣處理系統(tǒng)的兼容性、安全性和可靠性。
“我們國家幅員遼闊，柴油機(jī)車在青藏高原缺氧的環(huán)境和東北高寒、南方高熱地區(qū)都要用，而且不同型號的發(fā)動機(jī)也需要不一樣的尾氣處理系統(tǒng)，所以我們要有整機(jī)匹配技術(shù)。”盧冠忠用非?？隙ǖ恼Z氣告訴記者。為此，他們在合作廠家的幫助下，做了發(fā)動機(jī)臺架標(biāo)定實驗和“三高”（高原、高寒和高熱）實驗，建立了整套柴油機(jī)和整車的標(biāo)定匹配技術(shù)規(guī)范和標(biāo)定體系，突破了國外供應(yīng)商在標(biāo)定技術(shù)上的封鎖。
至此，這個項目在“柴油機(jī)尾氣凈化催化劑—控制管理系統(tǒng)—催化轉(zhuǎn)化器—整車標(biāo)定與應(yīng)用”上，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的整套技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈，目前已獲授權(quán)發(fā)明專利20項(其中美國發(fā)明專利1項)、實用新型專利10項，還形成了8項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會評價該項目“完成了我國柴油機(jī)排氣后處理SCR系統(tǒng)完整產(chǎn)業(yè)鏈，填補(bǔ)了內(nèi)燃機(jī)后處理行業(yè)的空白”。機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會認(rèn)為這個項目“可滿足國四、國五柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，總體處于國際先進(jìn)水平”。上柴、玉柴、濰柴等用戶認(rèn)為產(chǎn)品“主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平”。
目前，這個項目已取得了巨大經(jīng)濟(jì)和社會效益。團(tuán)隊與21家整車廠完成了“三高”試驗和工信部整車公告，市場占有率超過50%；為北京、上海等42個大中城市的公交車配套，覆蓋率達(dá)到85%。SCR催化劑已出口韓國，近3年新增銷售額達(dá)11.8億元，還在上海朗特汽車凈化器有限公司形成了生產(chǎn)能力。