3、科学贡献

    1）获得了“通过极速提高低能源品质生物质的燃烧速度，生物质的燃烧温度能够满足工业生产要求达到1450℃以上”的科学发现，结束了工业离不开化石燃料的历史。

    2）获得了将生物质纤维材料低成本高效率生产成为霄燃料关键技术，霄将和煤一样便宜易得。

    3）提出了“绿色高温工业燃料可以缔造独立于化石燃料之外的绿色现代新工业体系”的绿色工业发展理论。

    4、创新点

    1）获得了柔性多孔生物质纤维材料低成本高效工业化制备成为生物质微米燃料的技术突破。

    成功开发动态压缩破碎理论与技术，为生物质微米燃料的大工业能源供给提供了装备保障。

    2）获得了“极速提高贫瘠碳氢含量的生物质燃烧的能量释放速度，也能获得支撑整个工业的1450℃以上的高温”的科学发现。

    将几千年来只能作为生活能源和工业辅助能源的生物质能源，通过生物质微米化高温燃烧技术的突破，革命性的提高了生物质能源的品质，将低成本低品位的生物质能源转变成了可以支撑大工业生产的工业能源，绿色发展有了绿色工业能源支撑的保障。

    3）取得了生物质能源利用效率的突破

    生物质微米化燃烧的能源利用效率可以达到百分之九十八，能源利用效率和天然气在同一水平，其气态燃料特性使热能设备的热利用效率和天然气热能设备的热利用效率在同一水平，生物质能源利用品质和利用效率得到根本性提高，将促进不依赖财政补贴生物质生态能源产业链的形成。

    4）取得了生物质高清燃烧能源技术的突破

    生物质微米化燃料高温和高效燃烧不产生焦油和炭黑、消除了生物质成型燃料燃烧不充分所造成的环境影响问题，有利于解决当前工业锅炉和取暖领域禁煤以及天然气成本高，气源不能长久等能源和环保问题，为未来工业经济发展提供可持续的清洁能源。

    三、霄绿色工业经济带动作用

    1、工业高温火源历史及其工业经济危机

    火源是人类文明的根本，工业是经济的根本，然而一定温度的火源只能创造一定程度的文明。人类一直在无声无息中探索低成本的碳氢高温新火源求发展，从基本的工业格局来看，人类发展生产力的历史就是不断提高燃料温度的历史，温度的提高可以改善物质物理和化学转变的条件，以实现不断提高的工业目标。

    1）钻木取火发明生物质直接燃烧利用是人类文明的低级火源

    商丘人发明钻木取火，开创了人类文明发展之先河。但是木柴燃烧温度不高（通常低于900℃），不能炼制铜铁材料和无机材料，人类只能长期处于低级的石器文明时代。

    2）第一代工业火源及其工业文明的诞生

    中国古代在钻木取火的基础上进而发明了木炭，经过木材热解浓缩获得的木炭的燃烧温度达到1400℃以上，由此成就了陶瓷、青铜和铁器时代的早期工业文明，木炭成为了创建工业的第一代工业高温火源，可见没有高温燃料就没有工业。

    3）第二代工业火源-化石碳氢燃料资源开采与现代工业文明体系建立

    欧洲蒸汽机发明所引发的工业革命，导致对工业高温能源的大规模需求，木炭生产周期长、能源效率低和成本高，不适应大工业的要求，欧洲因而大规模开采第二代工业高温火源-煤等化石碳氢燃料，逐步成就了当今以化石能源支撑的现代工业文明。

    4）第二代工业火源-化石燃料的匮乏和污染从根本上危机现代工业经济

    经过两百多年的现代工业的发展历程，煤、石油和天然气等化石能源出现了高污染、引起气候变化和资源不可持续的严重问题，导致支撑现代工业文明的工业高温火源的物质基础面临着崩溃的危机，这是现代工业经济系统根本上的危机，现代工业经济即将被“釜底抽薪”的问题，没有了高温碳氢火源，就没有了工业材料（金属、无机和有机材料）和工业动力（火电和蒸汽），这不是节能减排和风光电储改良措施的所能解决的，人类必须尽快寻找到低成本的可持续的全新的工业高温火源，以维持现代文明的可持续发展。然而，工业高温火源物质必须是低成本的广泛易得的能够产生1400℃以上的燃烧温度的碳氢物质，从能源以及资源的角度，人类只有通过提高取之不尽的生物质碳氢燃料的燃烧温度的路径，获得新的工业高温火源。然而，由于生物质直接燃烧温度低不能支撑工业是数以万年的技术瓶颈问题。由此可见，提高生物质燃料的直接燃烧温度成为了人类发展必须攻克的关键科学问题，这不是一般意义上的行业和专业科学问题，而是关乎整个世界工业与经济命运和人类文明去向的顶层科学问题。

    2、第三代工业火源—生物质霄缔造可持续发展的绿色工业体系

    世界上的碳氢燃料绝大多数以固体燃料的形式存在，是成本最低的燃料，在工业社会中，三分之二的能源需求可以采用成本低的固体燃料的直接燃烧加热获得，所以煤是使用最广泛的工业能源。而霄和天然气一样，具有比煤落后的层燃特性先进的多的室燃特性，比一般燃煤的温度高200℃，燃烧效率高百分之十以上，没有煤和生物质成型燃料焦油和炭黑的尾气污染。霄在经济性、环保性、三农效益、可持续性等方面比煤都有绝对优势。所以霄对煤等化石燃料颠覆性是十分显然和现实的，

    1）可迅速形成煤改霄产业

    首先是可以全面替代大型火电以外的散煤及其装备，包括冬季取暖、工业锅炉、水泥、陶瓷、耐火材料、如果河北每年8000万吨秸秆采用霄能技术，每年可以创造2000亿元以上产值的霄能产业，所能拉动的绿色GDP在1万亿元以上。玻璃、热处理、取暖、陶瓷、工业热风、建筑材料等等使用燃煤和天然气的领域，煤改霄和气改霄产业可带来10亿元以上的GDP。

    2）形成领先的霄氢能经济产业

    制氢都来至于水中的氢元素，制氢历来主流技术都是以化石燃料中的碳与水中的氢进行能源置换制取氢气，如天然气制氢、甲醇制氢、煤制氢，其中就是需要碳氢燃料和水蒸气之间高温热化学转化。其他制氢方法，都不可能可能达到低成本的规模化制氢要求。低成本生物质霄燃料出现后，生物质霄制氢，可以解决长期以来化石燃料制氢和电制氢高的瓶颈问题。霄氢能技术正在落户张家口市。华科大有多项相关的国家发明专利和国家项目成果，霄霄氢能五年内将可创造万亿元GDP。

    3）霄能源化工和有机化工逐步替代煤化工和石油化工

    二战期间，德国因为缺少石油，通过煤气化制备合成气，再利用德国发明的费-托合成合成几百万吨柴油，驱动战车和坦克。有机化工发展到今天，只要有了优质的合成气（氢气和一氧化碳体积比大于二）就能合成各种交通燃油、有机化工材料和天然气。长期以来煤制合成气存受含硫量高和二氧化碳排放高的制约，生物质制合成气存在反应温度低，导致合成气品质和产率低的制约。霄低成本生物质霄燃料出现后，生物质霄制合成气打破合成气生产的历史瓶颈，进而可以突破交通燃料、有机化工和城镇燃气离不开化石燃料的瓶颈。华科大有多项相关的国家发明专利，霄制油、霄制气、霄有机化工五年内将可创造2万亿元GDP。

    4）霄冶金替代煤炭冶金及其装备

    自古以来，冶金工业离不开煤炭的本质，是离不开煤炭的高温燃料特性和煤炭的碳氢化学还原特性。霄低成本生物质霄燃料出现后，生物质霄冶金替代逐步替代煤炭冶金及其装备，是顺利成章的事情。霄可以燃烧到1550度以上，配上预热空气，霄可燃烧到2000℃高温，满足铁矿石炼铁的温度要求。同时另外利用霄生产合成气，就氢气和一氧化碳体还原剂，将氧化铁还原成铁，华科大有霄冶金的的国家发明专利，河北具有世界级的冶金优势，利用霄冶金的科技优势，在五年内可以创造千亿元GDP，分布式霄冶金将迅速发展，十年内霄冶金将创造5万亿元GDP。

    5）霄燃料产业再造一个农业

    生物质是地表绿色碳氢资源，所有的水生和陆生植物都是生物质。地球上绿色植物每年生长的碳能是全世界每年能源消耗总量的10倍，其能源资源量是巨大的，而且周年复生。目前世界上植物的平均光合作用效率约为百分之零点一有的植物其光合作用效率可以达到百分之六。如果开发荒山荒地种植并对能源植物进行农作物培育，适量提高光合作用效率，生物质更是取之不尽。

    所有非食用生物质都可以作为霄的原料，包括芦苇、丛林凋落物、灌木、野草、藤蔓、根叶皮、秸秆、果壳、木业废料、城市园林垃圾、发件垃圾等等所有非使用可燃植物。例如河北省除了每年8000万吨农业秸秆，其他生物质资源还可以有8000万吨，如果河北将1.6亿吨生物质原料霄能技术，不仅秸秆焚烧迎刃而解，霄能产业链每年可以创造4000亿元以上的产值，50万人就业，能拉动的绿色GDP在2万亿元以上，碳减排2亿吨以上，多保卫首都蓝天具有重大意义。

    二、红色霄能在工业中的应用

    红色霄和蒸汽机一样，是能够改变物质世界的世界级科学原创。自2002年以来，红色霄的生物质微米化高温工业能源的研究工作，完成了基础开发和应用的第一阶段，包括生物质微米燃料低成本高效生产、1450℃以上的高温高效高清燃烧、陶瓷烧制、铁矿石冶炼、合成气制备、二次能源蒸汽生产、沙漠土壤化与能源种植研究，一个独立于化石能源之外的钢铁冶炼、高温无机材料烧制、有机材料、交通燃料炼制、沙漠土壤化与能源农场的关键技术及其绿色工业知识产权系统已初步构建，这标志着我国已经捷足先登地领跑着世界绿色科技。红色霄的研究工作，得到了国家自然基金委、国家科技部、湖北省科技厅等支持，同时得到了企业的支持和认同，当前各行各业，包括环境治理工程和秸秆禁燃，都纷纷要求红色霄解决燃眉之急。

    1、在工业锅炉热能生产中的应用

    1）工业锅炉及其蒸汽的经济地位与锅炉燃料的危机

    蒸汽作为热媒，热容量高，费用低，容易控制，无色无味，无污染，因此广泛应用于石油、化工、冶金、电镀、制药、粮油、食品、饮料、印刷等各行各业提供热能，锅炉同时还为居民生活提供冬季取暖。作为热能使用的蒸汽（热能）采用工业锅炉生产，它是和电力一样重要的二次能源，也是国民经济命脉。而且电力生产也只要是电站锅炉蒸汽通过蒸汽轮机转化生产的，全世界百分之五十的能源都是通过蒸汽热能转化利用的。

    由于工业锅炉蒸汽热能是一次性消耗的能源，同时燃料消耗量大，只能主要采用成本低的固体燃料，包括块煤和生物质等。固体燃料的层燃特性决定了燃煤和常规生物质工业锅炉开放式进料口和送料和出灰的炉排结构，导致锅炉热利用效率只有百分之六十七。以层燃方式固体燃料在燃烧效率方面，先燃烧的燃料留下的灰分将下面的燃料覆盖，导致燃烧效率低，只有百分之八十五左右；所以，固体燃料的工业锅炉总的能源利用效率仅为57左右。

    近几年来，由于全国各地雾霾的出现，20t/h以下的工业锅炉和取暖被广泛禁止燃煤，并主推天然气燃料。天然气燃料为悬浮气态燃烧的室燃特性，采用管路直接喷入炉膛燃烧，所以天然气锅炉不需要送料和排灰的炉排，锅炉体积紧凑，密封，热效率可以在百分之九十以上，燃烧效率百分之九十八，锅炉总的能源利用效率可以达到百分之八十八，比固体燃料的炉排锅炉的能源利用总效率高百分之三十左右。

    但是，天然气是储量极为有限的化石能源，甲烷含量高达百分之九十五，也是极为重要的有机化工原料，有了它就可以转化得到各种比能源更为重要的有机化学品、塑料和纤维。将天然气大规模用作工业锅炉的燃料，从资源的角度，实际上是对人类资源的巨大浪费。

    2016 年中国天然气消费量2058 亿立方米，产量1368 亿立方米，进口近700 亿立方米，对外依存度百分之三十四。中国有60万台工业锅炉，平均吨位为4t/h。一台4t/h的工业锅炉，每年需要105万立方米天然气。60万台天然气工业锅炉每年需要6300亿立方米天然气。如果加上水泥、陶瓷、玻璃等无机材料烧结和加热生产以及分布式能源，都燃用天然气，每年中国则需要2万亿立方米天然气，占全球天然气产量的百分之六十。

    1亿立方米天然气只有12万吨标煤的热值，1000亿立方米天然气只下个雨相当于1.2亿吨标煤，1万亿立方米天然气只有12亿吨标煤，而中国每年能源消耗量就多达45亿吨标煤。2016年探明地质储量12.98万亿立方米，仅相当于154亿吨标煤，全国全部用天然气，三年半烧光中国所有天然气储量。2015年，全球天然气储量为1966789.7亿立方米，相当于2360亿吨标煤，今后，中国每年化石能源需求量将很快到达60亿吨标煤，全世界的天然气储量给中国用，也只能用40年。随着全球资源的匮乏，国际矛盾会日益加剧，中国境外天然气运输的变数，形成当前把天然气作为主要工业燃料的巨大风险。

    同时，成本问题是制约天然气作为一般燃料利用的重要因素，大幅度整个提高工业生产和居民生活成本，直至严重影响基础工业的正常发展。

    2）工业锅炉煤改霄的先进性和必要性

    长期以来，工业燃料锅炉绝大多数直接采用固体燃料，在当前工业锅炉燃煤污染，尤其容易造成雾霾的情况下，20吨/小时以下的工业锅炉和取暖锅炉大范围禁止燃煤，煤改气成为了不得已而为之的选择。霄能技术出现后，煤改霄是一种更好的选择。

    霄和燃气、燃油一样采用小管流态化送入炉内，悬浮燃烧，极少量的固体灰分随着烟气排出，也不需要炉排，锅炉热效率和天然气锅炉一样高，其锅炉热效率可高达百分之九十，燃烧效率达百分之九十七以上。总的能源利用效率可达百分之八十七。比一般燃煤工业锅炉的能源利用效率提高约百分之三十。

    全国工业锅炉的现有量为60万台，每年消耗国家7亿吨标煤的能源，占国家年煤炭产量的百分之二十，高耗能高污染。生物质微米燃料工业锅炉有能源意义和环保意义。工业锅炉吨位小，分布分散，适合采用资源分散的生物质微米燃料，更新相对容易，容易吸纳广大的社会资本投资推广。如果推广彻底，包括其他小散煤用户，每年可以消纳13亿吨秸秆等生物质原料，为国家节约2亿吨标煤的能源消耗，直接经济效益2000亿元以上，减少7亿吨标煤的化石燃料，减排二氧化碳18亿吨，同时减少雾霾，消除秸秆焚烧，增加三农经济收入。

    3）红霄在锅炉中的应用

    2014年开始与武汉江城锅炉制造有限公司进行合作，进行霄替代天然气工业锅炉改造，图18和19是霄替代天然气燃烧的3t/h工业锅炉设备系统。

图18 3t/h生物质微米燃料锅炉燃烧器

图19 3t/h生物质微米燃料锅炉设备系统

    该技术获得了欧洲专利。2015在武汉美太康医用材料有限公司，采用生物质微米燃料替代天然气生产工业蒸汽。武汉美太康医用材料有限公司是一家生产出口医用纱布的公司，原有一台4t/h的天然气锅炉，合作团队在美太康公司建立一套全新的4t/h生物质燃料工业锅炉蒸汽生产系统，包括燃料吊装系统，专业燃料料斗，单相云燃料发生器，微米燃料燃烧器，4t/h锅炉（天然气锅炉结构），布袋除尘器和排烟系统。