可充電水泥電池、海面溢油智能回收裝置、海洋牧場生態(tài)監(jiān)測機(jī)器人系統(tǒng)......8月1日，第十六屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽決賽在東南大學(xué)開幕。本次大賽由教育部高等教育司、教育部高等學(xué)校能源動力類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會指導(dǎo)，全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽委員會主辦，東南大學(xué)承辦。來自133所高校的259支入圍決賽隊伍以及21支海洋與島礁專項賽入圍決賽隊伍，以及40支港澳臺及國際賽道入圍決賽隊伍摩拳擦掌，在技術(shù)交流與競賽比拼中迸發(fā)節(jié)能減排未來的“新火花”。
參賽高校、作品申報數(shù)量、參賽人數(shù)均創(chuàng)歷史新高
東南大學(xué)黨委書記左惟表示，作為一項在全國范圍內(nèi)具有重要社會影響的大學(xué)生科技創(chuàng)新賽事，節(jié)能減排競賽召喚更多青年學(xué)生投身生態(tài)文明建設(shè)領(lǐng)域的各類科技創(chuàng)新，敢于挑戰(zhàn)超越、追求至善卓越。他希望參賽的同學(xué)們勇做推進(jìn)“綠色低碳科技自立自強(qiáng)”的生力軍，依托節(jié)能減排競賽等平臺資源，潛心研究、刻苦鉆研，在創(chuàng)新中體驗知識和科技的無窮魅力，在挑戰(zhàn)中收獲成長與發(fā)展的無限可能，以實際行動投身科技創(chuàng)新實踐，在實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢的偉大征程中放飛青春理想、創(chuàng)造人生價值。
大賽貫徹“節(jié)能減排，綠色能源”的主題，自2023年3月啟動以來，吸引國內(nèi)638所高校的5萬余名師生參賽，提交有效作品6852件，參賽高校、作品申報數(shù)量、參賽人數(shù)均創(chuàng)歷史新高。此外，本次大賽首次設(shè)置港澳臺及國際賽道，依托東南大學(xué)發(fā)起的碳中和世界大學(xué)聯(lián)盟，吸引391支海外高校隊伍報名，在國內(nèi)外產(chǎn)生廣泛影響。在為期三天的決賽中，參賽隊伍將通過實物展示、答辯等環(huán)節(jié)進(jìn)行最終角逐，爭奪特等獎、一等獎、二等獎等獎項。
在現(xiàn)場，記者了解到，許多研究項目極大地體現(xiàn)了青年大學(xué)生對目前節(jié)能減排領(lǐng)域仍存痛點的關(guān)注和思考。東南大學(xué)“無塑可逃——光電催化廢塑料轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)綠氫系統(tǒng)”項目成員周亦柔關(guān)注到，傳統(tǒng)的塑料處理方式都存在一定弊端。例如焚燒的減量化效果顯著，可以回收熱能，但會造成空氣污染甚至產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品。而填埋的建設(shè)和運(yùn)行成本較低且處理方法成熟，但塑料分解過程十分緩慢，還會造成地下水和土壤的污染。研究團(tuán)隊成員發(fā)現(xiàn)，在目前已知的各種燃料中，氫具有最高的能量密度，而且燃燒過程中不會產(chǎn)生二氧化碳，被認(rèn)為是理想的綠色能源載體。“于是我們想到，通過化學(xué)回收技術(shù)將塑料回收過程與氫氣制備過程結(jié)合起來，用塑料分解的氧化反應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)析氧反應(yīng)，以降低水分解的過電位，并產(chǎn)生有用的小分子有機(jī)物和綠氫。”她介紹，而為了解決電催化反應(yīng)過程能耗過大的問題，項目引入了太陽能，構(gòu)造了一種低能耗的光電催化反應(yīng)體系。“同時，我們還創(chuàng)新性地將光電催化反應(yīng)置于流動環(huán)境中進(jìn)行，能夠在一定程度上提高反應(yīng)的效率。”
在現(xiàn)場，不少研究項目的創(chuàng)新點令專家連連稱嘆。周亦柔告訴記者，項目將廢塑料處理與光電催化制氫手段結(jié)合，適用于各地塑料垃圾處理廠，在減少塑料污染、解決塑料危機(jī)的同時，產(chǎn)生清潔能源氫氣、緩解能源緊缺。同時，還在傳統(tǒng)電催化制氫的基礎(chǔ)上引入了光照，可以降低制氫過程中的電能消耗。
創(chuàng)新點子能否落地“開花結(jié)果”？周亦柔給記者算了一筆賬，她說，裝置具有廣闊的應(yīng)用前景。按10MW規(guī)模計算，本系統(tǒng)建設(shè)成本為4000萬元，每年的運(yùn)行成本為750萬元。按每年300天，每天工作24小時計算，本系統(tǒng)每年氫氣產(chǎn)量為1200噸，化學(xué)品產(chǎn)量為5500噸，年凈利潤為1295萬元。
聚焦社會熱點，節(jié)能減排效果顯著
聚集社會熱點，關(guān)注社會大眾所需，是許多參賽項目的靈感來源。河北工業(yè)大學(xué)參賽作品“集蓄回?zé)嵬夂秃婀扰d”項目關(guān)注到今年河南等地區(qū)遭遇的“爛場雨”天氣，如果不及時搶收小麥，就會導(dǎo)致其霉變發(fā)芽甚至倒伏，而要想搶救濕小麥，就必須烘干。項目團(tuán)隊成員武浩偉告訴記者，傳統(tǒng)烘干機(jī)大多采用煤、天然氣等為熱源，可能會造成高能耗、高污染的后果。
“對此，團(tuán)隊設(shè)計出了太陽能集熱蓄熱回?zé)嵋惑w式的糧食烘干系統(tǒng)。”他介紹，系統(tǒng)以太陽能為主要能源，利用蓄熱技術(shù)提前儲存熱量保障整個系統(tǒng)的熱量供給，以節(jié)能環(huán)保的熱泵系統(tǒng)作為輔助熱源，提高本套系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時，通過干燥乏氣對新空氣進(jìn)行預(yù)熱，實現(xiàn)了能量的梯級利用。
“黑金”變“綠能”，現(xiàn)場，山東大學(xué)隋欣陽正在介紹一種新型煤炭地下氣化與二氧化碳封存固化系統(tǒng)。煤炭地下氣化是集建井、采煤、氣化工藝為一體的新型采煤技術(shù)，其可回收利用礦井遺棄煤炭資源，也可用于開采傳統(tǒng)井工難以開采的深部煤層、薄煤層、“三下”壓煤和高硫、高灰、高瓦斯等煤炭資源。但目前無井式地下氣化工藝生產(chǎn)的合成氣品質(zhì)低，尚無長期成功運(yùn)行的工程項目，而有井式地下氣化工藝需要大量人工在井下作業(yè)，氣化爐密封性差。面對這些尚存的痛點，研發(fā)團(tuán)隊在吸收無井式、有井式優(yōu)點基礎(chǔ)上，設(shè)計了自適應(yīng)供氣煤炭原位氣化與二氧化碳封存固化系統(tǒng)，既可以氣化擬關(guān)閉礦井殘留煤炭，也可以利用燃空區(qū)封存固化二氧化碳。“本作品可為井下殘留煤炭開發(fā)利用提供有力技術(shù)支撐，節(jié)能減排效果顯著。”
項目對節(jié)能減排的實際效果如何？這是考察項目的最重要因素。哈爾濱工業(yè)大學(xué)參賽團(tuán)隊的項目“基于光電轉(zhuǎn)化的‘光熱利用+海水淡化+碳捕集’一體化裝置”吸引了現(xiàn)場許多人的目光。團(tuán)隊成員喬昱文介紹，隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，利用太陽能、海洋能、核能等新能源進(jìn)行海水淡化逐漸被世界更多國家關(guān)注。而作為能量密集型產(chǎn)業(yè)之一，傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)主要以化石能源為動力來源，但二氧化碳與高鹽度廢液排放問題也隨之而來。“針對這種困境，我們設(shè)計了一種集‘光熱利用+海水淡化+碳捕集’一體化的綜合回收凈化設(shè)備，來實現(xiàn)低成本海水淡化以及二氧化碳的再捕集，進(jìn)一步達(dá)到近零碳排放的目標(biāo)。”
精妙構(gòu)思，“巧設(shè)計”起到“大作用”
記者從現(xiàn)場不少項目團(tuán)隊中了解到，許多項目從構(gòu)思到研究成功，要花費(fèi)數(shù)年時間。蘭州理工大學(xué)參賽選手常瑞告訴記者，團(tuán)隊設(shè)計的水域制氧清潔裝置，花了近三年時間。他說，城市水域、公園內(nèi)景河垃圾清潔效率低、水域治理不徹底等問題突出，對此，團(tuán)隊設(shè)計了一款基于渦旋向心吸力原理的水域制氧清潔裝置，“該裝置主要包含渦旋吸力打撈、檢測傳輸、航行控制、增氧循環(huán)等部分，核心是基于流體渦旋向心吸力原理，實現(xiàn)360度無死角打撈。通過測試計算，相比傳統(tǒng)打撈設(shè)備打撈范圍可提高3倍，理論垃圾打撈效率提高40%。”
轉(zhuǎn)“劣”為“優(yōu)”，需要在技術(shù)研發(fā)中有效轉(zhuǎn)變思路。光照是植物生長的必要條件，但太陽光中的不可見光部分對植物生長無益。天津大學(xué)參賽項目“青枝‘濾’葉——自動濾光采暖大棚”，采用玻璃襯底的碲化鎘發(fā)電玻璃，使太陽光中對植物生長有益的部分自然射入棚內(nèi)，促進(jìn)植物的生長和發(fā)育。同時，將不利于植物生長的部分吸收并轉(zhuǎn)化為電能，用于棚內(nèi)的恒溫供暖和夜間補(bǔ)光。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚相比，研發(fā)項目實現(xiàn)了能量的多級利用，具有較強(qiáng)的技術(shù)競爭力和較大的推廣價值。
精妙的設(shè)計巧思，讓成果不僅有效節(jié)能減排，同時在日常生活中起到大作用。蘇州科技大學(xué)和東南大學(xué)團(tuán)隊聯(lián)合研發(fā)的“為退燒而生——戶外高效輻射散熱手機(jī)殼”，聚焦日常生活中普遍存在的手機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象，尤其在當(dāng)前炎熱的夏季，手機(jī)發(fā)燙發(fā)熱會損害手機(jī)性能，且影響人們正常使用。團(tuán)隊成員郭靜遠(yuǎn)介紹：“目前市面上的手機(jī)散熱器大致為多孔結(jié)構(gòu)散熱器和附加式散熱器，前者具有散熱效率不佳的缺點，后者則具有復(fù)雜化手機(jī)結(jié)構(gòu)、付出額外能耗等劣勢，因此，我們試圖尋找一種無需付出額外能耗就能夠達(dá)到較好散熱效果的手機(jī)殼材料。”
“對此，團(tuán)隊巧妙地采取了被動式輻射冷卻散熱技術(shù)，使用一種被動式輻射散熱光子薄膜制備手機(jī)殼，表現(xiàn)出優(yōu)越的太陽光反射率與較強(qiáng)的散熱能力，具備降低底層加熱器溫度的能力，同時具有優(yōu)秀的環(huán)境冷卻性能。”郭靜遠(yuǎn)說。
新華日報·交匯點記者 程曉琳/文 王子杰/視頻 劉莉/圖
實習(xí)生 張子琪 仲元萍
