跨学科组队挑战“变废为宝”！哈工大学子接连斩获全国大奖

  记者从哈工大获悉，该校5名不同学院的学子跨学科组队，凭借科学技术创新将废弃物“变废为宝”接连斩获全国大学生节能减排大赛一等奖，“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“揭榜挂帅”专项赛特等奖。在全国大学生节能减排竞赛中，他们成功利用秸秆、稻壳、木屑等废弃物制备出了复合生物炭，可应用于大气、水体净化和碳捕集，并进行了工业级废水净化系统和消费端智能水杯的设计，项目获得全国一等奖，并且成功受理了一项国家发明专利。在“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“揭榜挂帅”专项赛中，他们用技术将麦/酒糟制备成能够适用于酒厂的废水废弃净化处理的生物碳，获得了特等奖。大家随记者一起，看看这支百战百胜的“超强战队”是如何诞生的。

  2023年，建筑与设计学院2021级本科生李锡垚想要参加全国大学生节能减排大赛，抱着“试试看”的心态，在网上发布了一则组队帖，希望能找到不同学科的伙伴一起组队。没想到，能源科学与工程学院2021级本科生夏伟看到后，对这个方向很感兴趣，于是欣然加入。很快，来自数学学院、航天学院、材料科学与工程学院的同学们纷纷加入，一支跨学科“超强战队”就此诞生。

  材料科学与工程学院2021级本科生、组长孙宇和记者说，能源科学与工程学院的夏伟同学具有一定学科基础、对相关领域的研究了解更为深入，在生物炭转化方法选择、实验方案设计与迭代过程中提供了关键思路；数学学院的高怡以及航天学院的郭春正同学则负责前期的DFT计算、工况探索过程中对于各个重要转化参数与制备炭性能的相关性分析等，为整体技术路线和制备工艺设计打下了基础；而建筑与设计学院的李锡垚同学则相对更具系统性思维，在系统模块设计、模型构建的过程中发挥了独特的优势。

  在全国大学生节能减排竞赛中，他们成功利用秸秆、稻壳、木屑等废弃物制备出了复合生物炭，可应用于大气、水体净化和碳捕集，并基于实验室的测试结果，进行了工业级废水净化系统和消费端智能水杯的设计，项目获得全国一等奖，并且成功受理了一项国家发明专利。

  “没想到真的能用自己所学的专业相关知识解决实际问题”，这次比赛不仅大大增强了团队的信心和凝聚力，更让他们意识到“生物质废弃物转化”这样的领域还大有可为。结束节能减排大赛后，小组成员们得知“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛2024年度“揭榜挂帅”专项赛中也有类似的方向，又“一拍即合”，一致决定再次参赛。提到为什么想参赛，李锡垚说：“‘双碳’是国家重要战略，今后不管我们从事什么工作，相信都能在比赛中有所收获，我们也想发挥自己的所学所长，为国家战略贡献力量。”

  “揭榜挂帅”专项赛和节能减排大赛不同，是由企业和事业单位提出需求，高校学生团队和青年科学技术人才团队打擂揭榜。在翻阅赛题库时，小组成员发现了“麦糟酒糟生物质资源综合利用与绿色生物制造”这一题目。通过查阅文献和走访企业，小组成员得知啤酒和白酒生产的全部过程会产生大量的麦/酒糟，目前，大部分的企业都是把这些麦/酒糟当作饲料卖出去，但麦/酒糟在运输的过程中极易腐坏且收益不高，小组成员便想要用自己的技术将麦/酒糟制备成能够适用于酒厂的废水废弃净化处理的生物碳。

  有了方向后，如何取得样本成了团队要过的“第一关”。夏季温度高，外地订购的酒糟很容易在运输中腐败变质。经过长达一周的线上交流和实地走访，团队最终与哈尔滨一家公司取得联系，他们公司第二天恰好有一批新酒酿造完成，团队终于取到了新鲜出炉的酒糟。

  这次实地取样不仅解决了材料问题，更激发了团队的灵感。在取酒糟的过程中，他们发现由于酒糟的含水量很大，所以水会发生沉积。基于这一发现，他们设计了“烘焙-炭化-协同活化”三步法。然而，经过多次实验和深入讨论，他们意识到这一方案在企业实际生产中存在着处理过程繁杂、需投入大量的设备建设和加热成本的弊端，难以在企业实际生产中应用。

  团队经过深入讨论，开始尝试第二种方案。将酒糟置于封闭空间内，用酒糟再加热中产生的水分在炭化过程中实现自活化，大大降低了生物质转化的成本。但团队仍想精益求精，经过数十次的实验，最终设计出了直接在封闭容器中，设定温度下，一步完成炭化和协同活化的实验方案。

  在实验的过程中，小组成员也经常遇到困惑，他们所制的炭要在企业中应用，性能和成本就都要兼顾。他们此前参加节能减排大赛所制的炭性能优异。但这一次他们为降低企业制炭的成本，不得不牺牲部分性能。为此，小组成员和指导老师聊了许久，“老师告诉我们，要从切实解决实际问题的角度去思考，找到真正能够在工业生产里落地实施的技术路线，如果只拘泥于实验室，再好的性能也没办法发挥作用，这为我们后续方案的升级迭代提供了很大的启发。”

  实验过程漫长且要求严苛，每一步都要花费好几个小时的时间，而温度的把握对实验结果很重要，要不断地尝试，才可以找到最优方案。“有时一个小小的失误，做了好几个小时的实验成果几分钟就全部烧掉了。”虽然失败了很多次，但小组成员没有气馁，他们遇上问题就相互交流讨论，或者找老师请教，老师都会第一时间答复他们。孙宇说：“虽然实验过程很漫长，但和小组成员一起讨论、一起寻找处理方法的日子，成了我最难忘的回忆。”

  最终，他们设计的方案在路演评审中获得了专家们的一致认可，获得了“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛2024年度“揭榜挂帅”专项赛特等奖。之后，小组成员也将在指导老师的带领下，与企业对接实际的需求，开展进一步的合作。

  这两次的比赛经历，不仅让小组成员更了解国家“双碳”战略，懂得了科研要以企业的实际的需求为导向，更培养了他们坚韧不拔的品质，助力他们在学习生活中走得更远。