北京工业大学成果推介（第四十六期）

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掺氢内燃机研发及应用

成果单位：北京工业大学

项目简介：

掺氢技术可大幅度降低化石燃料内燃机的油耗和排放，二氧化碳降低30%以上，HC，CO及NOx降低

50%以上，是一条具有中国特色的高效低成本内燃机减碳减排技术路线。采用掺氢技术可使国4排放燃油车达到国6b以上排放标准，而无需硬件大幅改造和提升。

掺氢内燃机汽车使用氢气对内燃机进行冷起动和暖机，内燃机接近零排放且起动容易;采用氢气怠速起停并在部分负荷采用燃油掺氢燃烧，利用氢气独特的物化和燃烧特性，提高燃油内燃机的热效率并进一步降低排放;在大负荷采用纯燃油模式，以确保车辆在高负荷的动力性。如采用车载制氢机电解水制氢，在车辆急加速工况，将车载制氢机制取的氧气喷入进气管实现富氧燃烧，极大提高车辆瞬态转矩，实现小排量燃油内燃机瞬时大转矩，效果优于涡轮增压。

该技术基于北工大提出的“内燃机燃料与工况协同控制策略”，是具有自主知识产权的中国特色独创技术，现已授权中国发明专利32项，研究成果2011年获北京市科学技术一等奖。

市场分析

实现燃油车节能减排的技术路线有两条:油电混动和油氢混动。油电混动采用内燃机与电池结合实现内燃机节能减排，如市场上流行的比亚迪、长城、广汽等企业的PHEV、HEV等，理想和问界的增程式EV等。油氢混动车目前没有商品销售，主要原因是加氢不容易，但油氢混动技术更简单、成本更低，节能减排潜力不低于油电混动，一旦加氢站数量有较大增加，油氢混动一定有市场。油氢混动车可在纯燃油车基础上改造也可原厂制造，只需增加制氢机及低压储氢罐或高压储氢罐及管路，氢气喷嘴若干，油氢混动控制软件等，单车改造批量成本低于5000元，80%(4000元)成本来自制氢机或高压储氢罐。

应用方向

掺氢内燃机汽车等

知识产权和产业化分析

拥有自主知识产权，已授权发明专利30余项。

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城市污水短程反硝化耦合部分厌氧氨氧化深度脱氮技术中试与工程应用

成果单位：北京工业大学

项目简介：

团队首次发现“短程反硝化”过程，并开发其与厌氧氨氧化耦合深度脱氮技术及应用，在该领域发表国内外前10篇SCI论文。主持研发的2项关键技术入选2019年生态环境部《国家先进污染防治技术目录(水污染防治领域)》(全国26项，4年评一次)。主持 “城市污水厌氧氨氧化低碳脱氮关键技术与过程控制”，入选2022年“科创中国”先导技术绿色低碳领域榜单(全国25项)。首次提出并实践了城市污水“部分厌氧氨氧化”的思想、技术与工程应用。近年建成并正在运行9座厌氧氨氧化中型试验，并在国内外率先完成污水短程反硝化耦合部分厌氧氨氧化工程应用。

市场分析

我国现有城市污水处理厂的脱氮效率较多受限于进水碳源不足，在异养反硝化脱氮途径的基础上辅以在此基础上短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮可在同一系统中实现，同步高效去除污水中的氨氮与硝酸盐氮，从高氨氮废水、含硝酸盐废水到市政污水及二级出水短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化脱氮的技术具有可行性。较之传统硝化反硝化工艺，该技术可显著降低运行成本，提高出水水质;较之全程自养脱氮工艺，该技术具有启动快和稳定性强的特点。

应用方向

低碳比城市污水处理厂强化生物脱氮提标改造

知识产权和产业化分析

主流污水中短程反硝化驱动的部分厌氧氨氧化在中国西北某污水处理厂得以证明，为未来城市污水处理提质增效开辟了全新的思路。在城市污水处理厂厌/缺氧区稳定实现短程反硝化与厌氧氨氧化的耦合具有工程技术产业化潜势。

授权国家发明专利20余项，通过产学研合作研发与技术服务等收益达500余万。

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短程反硝化+部分厌氧氨氧化技术

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大气污染优化控制技术体系研究及在北京与周边区域的示范应用

成果单位：北京工业大学

项目简介：

团队十多年来聚焦区域大气复合污染优化调控技术开展攻关，在国家973计划、国家环保公益性行业科研专项和北京市科技计划项目等支持下，紧密结合北京及周边区域大气污染防控实践，研究创建了敏感源筛选识别、高分辨率大气PM2.5溯源、大气污染源优先控制分级、复合污染优化调控等技术方法，首次建立了适用于我国的大气污染优化防控技术体系。研究成果对于完善我国大气污染控制理论、快速有效改善空气质量具有重要作用，实质性推动了我国大气污染控制思路由总量减排向效果减排、优化减排的转变与发展。荣获北京市科技进步一等奖。

市场分析

我国大气复合污染仍处于高位，多个重点区域O。与PM2.5污染水平未达到国家环境质量标准，且远高于世界卫生组织最先进标准，大气污染物与温室气体同根同源，因此在双碳目标驱动下，亟需开展大气复合污染深度治理。本项目首次建立了适用于我国的大气污染优化防控技术体系，前期已与北京、唐山、邯郸、承德、衡水、石家庄、东营、临沂等城市环保部门开展合作，为城市环境质量持续改善提供重要技术支持，相关技术可为未来我国重点区域大气复合污染科学防治持续提供科技支撑。

应用方向

大气复合污染与碳协同优化减排

知识产权和产业化分析

研究成果已成功应用于我国重点区域大气复合污染防治中，为北京市清洁空气行动计划、APEC与抗战胜利70周年阅兵期间空气质量保障、重污染应急防控方案制定提供了重要科技支持，有效支撑了区域空气质量的快速改善;研发的PM2.5来源动态解析平台受到时任北京市委书记蔡奇同志高度评价，已接入北京市委值班室，为市委决策提供科技支撑。相关成果切实应用于大气污染防治行动计划与打赢蓝天保卫战三年行动计划的制定、实施与圆满收官，收获生态环境部感谢信，产生了显著的环境效益与经济效益。

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图例说明:

创建大气污染优化控制技术体系荣获

北京市2020年科学技术进步奖一等奖

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低谷电储热单罐熔盐供暖系统

成果单位：北京工业大学

项目简介

“双碳目标”的提出，使得可再生能源消纳供暖将成为未来的发展趋势。以混合硝酸盐作为储热材料，利用电加热将混合熔盐加热为高温液态，实现电能转换为热能储存，可以实现多余不稳定上网的可再生能源发电消纳，也可实现晚上低谷电储存利用。单罐储热系统对于供暖面积小于2万平米的建筑物供暖具有成本优势，相对于双罐蓄热系统，可以少一个储罐和罐体基础，少两个熔盐泵，只需要水泵驱动即可，系统简单。

市场分析

对于分布式供暖系统，具有技术优势。农村、城镇、场馆等分散供暖有技术优势。相对于双罐供暖系统，成本可以降低30%以上。

应用方向

储能方向

知识产权和产业化分析

此项研究成果已经在内蒙古呼和浩特市一个足球场厂供暖中进行示范。

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图例说明:

单罐供暖示范项目

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低温再生高效吸附剂材料及除湿转轮的应用

成果单位：北京工业大学

项目简介:

研究团队研发的高分子聚合物与MOF除湿材料具有制备成本低、吸附能力强、脱附温度低(60°C，远远小于沸石150°C、硅胶90°C等常用除湿材料的再生温度)、应用稳定性好等优点;目前，已掌握将粉末状除湿材料负载在蜂窝状陶瓷纤维骨架上，制备成可大规模工业应用的除湿转轮工艺。除湿转轮应用实验中，高分子聚合物除湿材料与MOF除湿材料在吸脱附性能超越了日本进口除湿转轮。

市场分析

近年来我国新风系统的市场规模持续扩张，2017-2019年销售数量分别为86万台、106万台、146万台，复合增长率超过30%。市场规模方面，据奥维云网统计，2016年中国新风系统市场规模达到61亿元，2017年全年实现90亿，同比增长近50%，2018年我国新风系统销售额首次突破百亿元人民币，达到120亿元左右，2019年中国新风系统行业市场规模达到165亿元，同比增长37.5%。尽管中国新风系统近几年取得了稳定的发展，并且呈现出逐步上升的趋势但相较于发达国家，新风系统在中国的发展还不够普及。数据显示，我国新风系统市场普及率不足5%，还有较大提升空间。

应用方向

除湿，海水界面蒸发领域，与太阳能等可再生能源结合可成为环保的淡水生产解决方案。

知识产权和产业化分析

本产品相较于市面上其他产品，具有潜热处理功能强、产品附加值高、再生温度低、能耗小的优点。相较于发达国家，新风系统在中国市场的发展不够普及，市场潜力巨大，其中住宅对新风机的需求占整个行业的45%，其次是酒店、学校、写字楼、医院和商场。因此居民住宅是今后最主要的客户群体。研究团队研发的高分子聚合物与MOF除湿材料制备成本低(150元/500g)，在干燥剂轮应用实验中吸脱附性能超越了日本进口干燥剂轮(2600元/500g)，可在保证性能的情况下压缩生产成本。

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图例说明:

1、(a)负载高分子聚合物除湿材料的玻璃纤维基体(b)制备完成的除湿转轮

2、各种除湿材料在25°C，不同相对湿度下的除湿性能3、除湿转轮在新风湿度预处理，空调节能应用原理

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