“如果将传统化工生产比作‘炖羊肉’，那么微流场技术就是‘涮羊肉’。尽管两者都是用水把羊肉煮熟，但炖羊肉耗时长且‘外焦里嫩’，而涮羊肉速度快且口感均一。在微流场技术下，传统需要十几个小时的反应往往几秒就可以完成。”12月3日，南京工业大学党委常委、副校长郭凯教授荣获本年度何梁何利基金科学与技术创新奖青年创新奖。
近年来，围绕绿色化工领域，郭凯率团队在微化工技术和生物基材料研究上不断创新突破。国家技术发明二等奖、省科学技术一等奖、国际杰出青年化学工程师奖、闵恩泽能源化工奖……办公室的陈列柜上，众多荣誉如璀璨星辰，记录了这位80后青年科技工作者科研道路上的一个个重要节点。
年产万吨的生产线，仅一张办公桌大小
“欧阳平凯院士是我的恩师，也是我学术上的引路人。他教会了我做科研既要顶天，也要立地。做出来的东西有没有人用，能不能对国家、社会产生实效，这是我们最需要关心的问题。”2010年，一心想从事应用化学研究的郭凯受时任南京工业大学校长的欧阳平凯院士感召，辞去了英国的工作来到南工大任教，并同步开展绿色化工攻关。
那时，团队里加上郭凯一共只有3个人。尽管科研条件艰苦，但他却始终坚持从产业实际中找选题，也愿意沉下心来打磨一件事。一间30多平方米的实验室，成了授课之外郭凯待得最久的地方。
传统化工间歇生产持液量大、均一性差，导致化工生产安全性偏低、排放和泄漏严重，安全环保事故频发，而微流场技术恰可以很好地解决这一难题。郭凯告诉记者：“传统工业放大过程中，大家会下意识地认为大规模生产就要将装置做得更大一些，而这项研究的难点就在于突破这一惯性思维，让实验装置尽可能小一些，通过微尺度效应强化相关传质、传热、反应速率等，提升制造效率，让工业生产更加绿色安全。”
一条年产万吨的生产线，传统几层楼高的反应釜可以被压缩成一张办公桌大小，而里面核心的反应部件仅和几个可乐罐差不多大。“由于反应器尺度小、反应速度快，物料均一性会更好，污染排放可降低50%以上，能耗降低40%以上，设备占地面积可缩小90%以上。”郭凯说。
敢于试错，抓好科研的“两头”
结合微流场技术，郭凯团队利用可再生原料，创制了生物基聚氨酯、聚酯、聚酰胺、氨纶、增塑剂等高效固碳、健康环保、性能优良的新材料产品。截至目前，团队先后完成生物基材料累计40余万吨/年以及多个精细化学品千吨至万吨/年转化，为省内外近百家企业提供技术服务，推动微化工技术从“芯片实验室”走向“桌面工厂”。
一个月前，郭凯主持完成的“新型高性能生物基聚氨酯及其关键制造技术”项目荣获2023年度省科学技术奖一等奖。在这一项目中，团队从无到有构建工艺路线，创新性地从棉籽油等非食用性油脂中提炼出国际首款全替代型产品——国产生物基聚氨酯，成功实现了原料、过程、产品的全流程绿色化。目前相关产品已广泛应用于铁路隧道、西气东输等多领域。
尽管该项目最终取得了良好的社会效益，但技术研发的过程却充满艰辛与挑战。郭凯回忆，团队首次从植物油中提取出生物基聚氨酯后，由于原材料凝固点高，做出来的产品一到冬天就会凝固。这个结果是大家始料未及的，也迫使团队从源头结构上做出调整，进一步降低产品凝固点。“科研创新就是一个不断试错的过程，不可能永远一帆风顺。而成果背后的无数次试错经验，正是我们隐性的财富。”
教师、科研团队领头人、学校行政事务参与管理者……郭凯肩上的担子越来越重，但他却始终坚持将一半的时间投入到科研中。不断和企业交流，更是他多年来一直坚持做的一件事。“于我而言，最关心的就是科研的‘两头’问题，一头是能不能与国家战略、前沿热点结合，另一头是能不能解决实际问题、产业化应用。想要抓好这‘两头’，需要我们前期做大量细致的工作，因为一旦成果落地，留给我们的失误空间将少之又少。”
走出科研“舒适区”，创新永无止境
从最初的3个人壮大到如今的百余人，郭凯团队的学科交叉属性越来越强化，所关注的问题也越来越广，材料新结构的AI设计、工艺路线开发、工程设备研制、材料加工技术都已成为团队关注的热点。
对于团队正处于成长阶段的青年科技工作者，郭凯常建议他们要找准个人定位、区域定位和历史定位。“一些年轻人在做科研时常常有惯性，习惯陷在自己的舒适区，这从一定程度上限制了自身发展。瞄准国家战略和产业实际，勇敢走出科研舒适区，或许会收获别样精彩的风景。”
眼下，郭凯团队生物基氨纶、生物基尼龙、生物基多元醇、生物基防腐涂料等多个项目正处于工业放大的关键阶段，而他和团队也正在尝试一种全新的成果转化路径。
“以前科研成果转化一般通过技术交底、专利许可或转让的方式给企业产业化，而这往往导致企业一次性投入太大，不利于项目良性发展。”郭凯表示，如果中试阶段能以项目公司的形式运行，则可以不单单验证技术的成熟度，也可同时进行商业模式和政策适用性的验证。“未来我们希望将技术成果尽可能往前推进，让企业少走一些弯路，进一步释放技术附加值。”
新华日报·交汇点记者谢诗涵
