【馬夢珂/科學中國人】

中國是世界產煤大國。作為現階段最可靠的一次能源提供者，煤炭不僅關系到能源的安全，更與經濟發展、社會穩定息息相關。

回望過去，我國的煤炭行業曾有過“黃金十年”的綻放，也曾經歷過“寒冬時期”的巨變，其間始終不容忽視的，是煤炭行業長期以來存在的安全狀況差、技術粗放、環境破壞嚴重等諸多弊端。

習近平總書記曾指出：盡管我國能源發展取得了巨大成績，但也面臨著能源需求壓力大、能源供給制約較多、能源生產和消費對環境損害嚴重、能源技術總體落后等挑戰。我們必須從國家發展和安全的戰略高度審時度勢、借勢而為，找到順應能源大勢之道。由此可見，我國煤炭發展既要遵循能源發展的歷史規律，又要順應新潮流，走出一條自己的發展道路。

浪潮之上，激流勇進。多年來，一批又一批前赴后繼的“煤炭人”都在努力深挖煤炭背后的潛在價值，加大對它的高效利用。太原理工大學省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室教授王美君正是其中一員。多年來，除了進行煉焦煤特性研究及配煤技術基礎應用研究之外，他還堅持帶領團隊深入一線，與多家企業共建科研實驗室和研發中心，并開展多項產學研合作項目。他們的努力，正為我國開辟出一條可持續發展的綠色煤炭大道。

王美君

心向化工

王美君與煤炭化工的結緣歷程由來已久。“我這人就是對化工感興趣。”生在內蒙古，長在內蒙古的他從小就是個“化工迷”。2007年，王美君考入太原理工大學，由此走進了煤炭大省山西。本來抱著“學好知識，回報家鄉”的心態，卻不承想“一不留神”在太原理工完成了從研究生到博士再到工作的人生“三部曲”。山西也就此成了王美君的“第二故鄉”。

十多年間，王美君的工作乃至生活大多圍繞煤炭展開，對它的感情也越來越深厚。對煤多油少的中國來說，通過煤化工獲得各種化工產品，更是一條不可或缺的道路。“靠山吃山、靠水吃水。”山西依靠獨特的煤炭資源優勢，一直都是我國重要的能源基地和老工業基地，煤焦化是其最主要的傳統支柱產業之一。盡管有著得天獨厚的優勢，山西仍然面臨產能嚴重過剩、產業鏈延伸不足、能耗高、污染重等困境，一度使得焦化產業的生存與轉型成為頭號難題。為此，山西省相繼推出優化調整產品結構、推進焦化產業創新驅動、開展精細化配煤技術研究等一系列措施，以挽救日漸低迷的焦化產業。

隨著優質煉焦煤的日益消費，近年來，煉焦煤生產大省山西的高硫煉焦煤生產比重大大增加，但高硫煤中硫的存在形態以有機硫為主，很難通過洗選脫除，使得高硫煉焦煤的價格和用途嚴重受限，不能物盡其用，只能被迫當作動力煤燃燒使用，造成巨大的資源浪費。

多年來，王美君與團隊一直關注高硫煤的利用，立足高硫煤配煤煉焦技術所面臨的瓶頸問題，準確發現焦化企業的現實需求，最終想到了解決辦法：在焦化配煤過程中增加高硫煉焦煤的配比，在有效降低配煤成本、保護優質煉焦煤資源的同時，進一步提升焦化企業的效益。

“玩轉”煤炭

“這幾年的項目研究中，最主要的工作就是解決煤中硫分的有效脫除問題。”王美君介紹，這一關鍵問題正是高硫煉焦煤高效利用所面臨的瓶頸問題，也是煤炭企業和焦化企業共同面臨的重大行業需求。

理想的藍圖勾畫成型，可現實卻不完美。利用傳統的物理脫硫技術根本無法實現有機硫的脫除。盡管一些方法可以脫除部分有機硫，但在脫除的同時也會改變煤中的有機結構，從而破壞煉焦煤獨特的成焦性。王美君團隊意識到，要想保全煉焦煤的成焦性，僅用當前的處理脫硫技術只是“治標不治本”。經過仔細篩查和實驗，團隊最終確定了可以“治本”的方法。他們決定利用熱轉化過程中對硫分變遷行為進行定向調控，改變硫分在熱解產物中的分布，進一步解決高硫煤配煤煉焦所面臨的難題。

解決難題的根本點是什么？對此，王美君團隊展開了深入探索。煤熱解過程中出現的硫分變遷行為很復雜，其中包含多種相互作用的過程，也免不了會受到各種各樣因素的影響和制約。困難常在，但辦法也總會有。經過反復的實驗驗證與對比分析，團隊發現要實現煉焦過程中硫分的定向調控及降低焦炭中硫含量，必須滿足三大條件：強化煤中C-S鍵的選擇性斷裂；有足夠多的活性氫（氧），并使這些活性氫（氧）能夠與含硫基團形成含硫氣體；有一條能使含硫氣體順利擴散出去的傳質通道。

面對未知的道路與不可預見的挑戰，王美君沒有絲毫猶豫，他深知這是自己科研路上必須邁過的一道坎。令他感到欣慰的是，如今這道坎已經順利越過。團隊針對高硫煤特性及熱化學變遷機理，研究了煤中形態硫的熱變遷行為及調控機制，成功揭示了在成層結焦條件下，揮發分傳質是如何在活性硫與新生半焦之間發生表面反應的，滯留于焦炭中的形態硫與氣化燃燒再利用中的含硫污染物釋放之間所存在的本質聯系。

在王美君看來，他所做的努力還遠遠不夠，科學研究是一段漫長而艱辛的過程，有失落也有收獲，需要經歷狂想、探索和求證等過程。“我們最終要解決的是硫分的定向調控。”王美君表示。2019年，在已有成果的基礎上，王美君針對高硫煤配煤煉焦技術所面臨的瓶頸問題，從揮發分傳質對硫分變遷的影響入手，將過去傳統的試驗方法和當前的同步輻射原位表征技術結合在一起，明確了單顆粒、顆粒間（煤種間）及在成層結焦方式下揮發分傳質對硫分變遷行為的影響機制。在不斷與煤炭磨合的過程中，王美君越發順手，逐漸從基礎研究走向更高的領地。

團隊合影（二排右五為王美君）

服務煤企

近年來，王美君在忙于科研工作的同時，一方面提高團隊在煤結構與反應性研究方面的優勢，另一方面不斷加強與焦化企業之間的聯系。目前，實驗室擁有梯級試驗焦爐儀器共享服務平臺，合作開發了基于高硫煤利用的全要素智能配煤系統，并將煉焦配煤技術與大數據和人工智能相結合，進行了多項產學研合作，將科研轉化為生產力，服務地方產業。“我們將配煤技術應用于太鋼焦化廠，為其節約優質煉焦煤100萬噸，至少降低了1.7億元成本。”王美君驕傲地說道。

在與太鋼焦化廠進行產學研合作的過程中，王美君利用煤種間相互作用對高硫煤配煤煉焦中硫分變遷過程進行調控，確定了該方法在工業應用中的可行性，突破了多個技術瓶頸，這為他繼續開展高硫煤配煤煉焦研究，推動焦化行業的高質量發展增強了信心。

在一個研究方向執著耕耘十幾年，這也許就是科研工作者的常態。而對王美君來說，能一直研究煤，為焦化企業的轉型升級發展出一份力，就是最好的安排。多年與科研相伴，他早已練就了一顆金剛之心，并堅持要將科研成功“落地”。

目前，他所在的團隊獲批成立新型煤焦化產業技術國家地方聯合工程研究中心，并與山西太鋼不銹鋼股份有限公司、山西焦煤集團、豐礦訊達科技（北京）有限公司等企業開展了多項產學研合作項目，先后獲得山西省科學技術進步獎一等獎和山西省高等學校優秀成果獎科學技術進步獎一等獎等榮譽。

從第一次走進太原理工大學的校門，到今天在煤炭研究道路上越走越遠，王美君的探“煤”之路已經走過了十幾個年頭。如今，他的研究成果已經滲透到生活、生產的很多角落。在未來的研究道路上，他仍將潛心鉆研，不斷挑戰一個又一個的科研高峰，為國家貢獻自己的力量。