﹃ 后﹄博导聚焦绿色化工创新?获何梁何利基金科学与技术奖
几个﹃可乐罐﹄?撑起年产万吨生产线
□ 南京日报/紫金山新闻记者 李都
“通过我们的微流场技术，可以把几层楼高的反应釜，也就是化工企业的大罐子，做成茶水柜大小。”2月20日，在南京先进生物材料与过程装备研究院，郭凯指着面前高度仅有1.5米的小型反应装置向记者介绍。别看这个小小的设备，可以支撑起一条年产万吨的化工产品生产线。
正是凭借在绿色化工领域的突破创新，“80后”南京工业大学博导郭凯于近期收获了2024年度何梁何利基金科学与技术奖。该奖项今年共授予全国范围内56位杰出的科技工作者，是国内认可度最高的社会力量奖项。
江苏是化工大省，精细化工的体量更是全国第一。“江苏的化工特点非常显著，而我从事的科研就聚焦于精细化工领域，通过科技创新来解决一些产业问题。”郭凯介绍，自己及团队聚焦绿色化工开展两方面工作，一是微化工技术与装备，强调化工过程的绿色化；另一个是生物基材料，强调化工原料和产品的绿色化。
传统工业放大过程中，一般会下意识地认为大规模生产就要将装置做得更大一些，而微化工技术与装备的研究难点就在于突破这一惯性思维，让实验装置尽可能小一些，通过微尺度效应强化相关传质、传热、反应速率等，提升制造效率，让工业生产更加绿色安全。郭凯打比方说：“如果将传统化工生产比作‘炖羊肉’，那么微流场技术就是‘涮羊肉’，尽管两者都是用水把羊肉煮熟，但‘涮羊肉’效率更高，在微流场技术下，传统需要十几个小时的反应往往几秒就可以完成。”
正是基于这样的技术手段，一条年产万吨的生产线，才能被“压缩”成一张茶水桌大小的反应器，而里面的核心反应部件仅和几个可乐罐差不多大。
“由于反应器尺度小、反应速度快、返混低，物料均一性会更好，污染排放可降低50%以上，能耗降低40%以上，设备占地面积可缩小90%以上。”郭凯介绍，目前这项技术已经在全国50多家化工企业应用，节约空间、节能减排的效果十分理想。
生物基材料具有生物安全性和环境友好性的特质。郭凯介绍，传统化工原料的碳元素来自石油等原料，而生物基材料的碳元素最初是来自空气中的二氧化碳，二氧化碳通过光合作用被固定下来成为生物质，再把生物质做成新材料。生物基材料的应用非常广泛，可用作医疗、服装、涂料、建筑材料等日常生活的各个领域，“在生物医药领域，可制作胶囊、支架、可降解的手术缝合线等，它们的环保性和健康性更高。比如现在很多手术缝合线是免拆的，可根据不同的手术需要设定多少天开始降解，对人体不会产生二次伤害。”
在某些细分领域，生物基材料还能替代传统化工原料，解决一些工艺上的难题。“比如生物基防腐涂料，可以做到完全不含锌粉，因此可以大幅提升材料的环保性，有效强化下游应用领域的绿色低碳效应。”
在郭凯看来，中国的化工行业正处于产业结构优化调整的关键阶段，供科研工作者的发挥空间很大，“于我而言，最关心的就是科研的‘两头’问题，一头是能不能与国家战略、前沿热点结合，另一头是能不能解决实际问题，实现产业化应用。”
郭凯最看重的这两点，正是促使他当年从国外辞职、下决心回国进入南京工业大学的原因。“十多年前，我在英国博士毕业后，也在英国的企业工作了一段时间。”郭凯表示，“在企业做科研计划性非常强，是为了解决单个企业的问题，而学校的科研可发挥的空间更大，可以解决一个行业问题。基于这样的想法，我觉得自己可以做的事情更多。”
教师、科研团队领头人、学校行政事务参与管理者……如今郭凯肩上的担子越来越重，但他始终坚持将科研放在重要的位置。眼下，郭凯及团队继续围绕绿色化工领域，进一步进行创新探索。“现有的微流场技术在工业应用时仍存在诸多挑战，我们希望能做到液固相、液气相反应，基本实现精细化工领域的全覆盖；在生物基材料方面，尝试进行交叉融合，通过资源、原料、技术、产品、市场五位一体的联动，推出更好的生物基新材料产品，解决更多实际问题。”