湖南建投交通科研院：以“固废”绘就生态城市未来模样 固废资源化的“湖南方案”

导语

固体废物是放错位置的资源，化废物为资源、变“包袱”为经济效益，是工业固废综合利用的必由之路，也是生态文明建设的迫切需求。

三年来，湖南建投集团旗下湖南省交通科学研究院有限公司（简称“交通科研院”）团队瞄准固废利用领域，精研深耕，攻克了一个个技术难题，创下多个湖南“首次”。近日，“十四五”国家重点研发计划项目“大宗建筑材料碳排放核算与评价关键技术”新增立项，交通科研院作为课题承担单位之一，再次承担起国家重点研发计划科研攻关的光荣使命。

四十多年来，中国经济飞速增长。城市建设狂飙突进、产业发展日新月异……但在繁荣景象的另一面，各类固体废弃物（下称“固废”）的产生量急剧增长。

固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质。

数据显示，截至当前我国固废堆存总量累计超350亿吨。令人担忧的是，随着经济社会的发展，这一数字仍在快速增长。以五类最主要的固废为例：建筑垃圾产生量超过30亿吨/年，尾矿排放量15亿吨/年，冶炼废渣产生量超过5亿吨/年，道路垃圾产生量超过3亿吨/年，花岗岩废料产生量超过2000万吨/年。

如何在经济发展中妥善处理海量的固废，已成为我国生态文明建设过程中绕不开的问题。

曾几何时，对于固废的主流处理方式便是简单堆放。这不仅会造成严重的环境污染，每年还要花费上千亿的资金进行处置，地方政府和相关企业资金压力巨大，研发各类固废的高附加值资源化利用技术迫在眉睫。

消灭“垃圾围城” 万亿市场呼之欲出

百亿吨固废之下，正萌发着一个万亿级的蓝海市场。

近年来，政府层面十分重视大宗固废的利用工作：习近平总书记在党的十九大报告中强调“推进资源全面节约和循环利用”；国民经济和社会发展“十四五”规划和二〇三五年远景目标中提出要“加强大宗固体废弃物综合利用”“全面提高资源利用效率”；新修订《固废法》的实施，以及2022年4月“十四五”时期开展“无废城市”建设的城市名单最终敲定，这都为今后一段时期大力推进大宗固废综合利用指明了方向。

“无废城市”的核心是以城市固废源头减量和资源化利用为出发点，降低固废对环境影响，最终形成中国绿色发展模式。在“无废城市”概念的助推下，当前中国的固废处理市场已超越污水处理市场，成为增速最快、新增业务量最多的板块。

中国工程院院士杜祥琬曾撰文指出，建设“无废城市”的潜力和潜在效益巨大。据估计，到2030年，我国固废分类资源化利用的产值规模将达到7万亿元至8万亿元，带动4000万至5000万个就业岗位。

根据中研研究院出版的行业分析报告估算，固废处理行业投资规模已超过3.5万亿元。在固废产生量持续增加、国家政策大力支持、固废处理技术不断革新以及环保投资额扩大等因素的带动下，我国固废处理行业发展进入快车道，预计2027年固废处理量有望达到130亿吨，2022-2027年复合增长率约为3.6%。

然而，这一充满潜力的蓝海市场依旧存在着阻碍其爆发式增长的掣肘。

譬如，目前我国固废综合利用方式比较单一，多种固废全产业链协同利用较少，使多种固废协同利用的技术创新和成熟技术的快速大规模推广受到限制。此外，固废涉及的门类繁杂、涵盖的细分领域非常庞杂，导致市场的推进很难走集约化的路线。

具体来说，关于固废资源化的政策方向已经明晰，然而商业模式、技术路线仍待进一步探索。市场也期待着政产学研能够协同发力为全国固废行业提供更多可复制、可推广的经验成果，推进固废综合利用迈上新台阶。

钢渣材料

落子重点专项，央地、校企协同攻关

就在新修订《固废法》颁布前的2019年，科技部官网公示国家重点研发计划2019年度项目申报指南，在“固废资源化”重点专项拟部署的45个研究方向中，“长江中游典型城市群多源无机固废集约利用及示范”受到了广泛关注。

在申报指南中，科技部对于该研究方向的内容指向为“针对长江中游长株潭及周边地区典型城市群”，长株潭城市群是45个研究方向里唯一被“点名”的长江经济带城市群。

为何长株潭城市群受到如此关注？

随着长株潭都市圈建设纳入国家“十四五”规划、《长株潭都市圈发展规划》获得国家发展改革委批复，在国家区域发展大局中，长株潭地区拥有了一席战略地位，承载着新的时代使命。

预计到2025年，长株潭地区生产总值突破2.5万亿元，常住人口达到1750万，城镇化达到80%。随着长株潭都市圈工业化和城市化进程不断加快，不同来源的工业和城市固废排放巨大、增速迅猛，造成了严重的土壤、水体和空气污染。与此同时，以“海绵城市”建设为代表的城镇功能提升，已成为提升人民生活质量、改善生存环境的重要方向，也是我国生态文明建设的重要内容。

整理117个“无废城市”名单时发现，长沙与张家界作为唯二的湖南城市入选，这也从政策层面上反映出长株潭城市群在“无废城市”建设中的重要地位。

“‘固废围城’的问题在长株潭地区曾一度十分突出。但除开历史因素，自然条件也是重要考量。”交通科研院国家重点研发计划项目团队科研带头人陈宇亮博士表示，长株潭城市群所处区域的自然环境，在长江中游地区具有典型性，部分自然特性对于相关技术的推广应用还具有较高的研究与应用价值。如该区域高温多雨的气候条件对海绵城市的建设便提出了更高的技术要求。

事实上，这一研究方向所针对的“多源无机固废”，是固废处理中最为老大难的问题。多种来源，代表着其难以细分种类；而无机，则意味着这部分固体废物难以短期内被自然消解。然而，困难的另一面却传递着这样的信息——攻克这些难题，或将为固废行业提供某种全产业链协同利用的创新模式。

谁来担纲攻坚难题，一度成为固废处理行业瞩目的焦点。

由于项目方向落在长江中游地区，因此一开始，对牵头企业的选择范围就更聚焦于该地区的行业头部企业。这时，实力突出的交通科研院进入了视野。

湖南省交通科学研究院有限公司

凭借着半个多世纪以来在公路路面领域的深耕，交通科研院培养了一批专业技术人员，拥有扎实的技术积淀。同时，作为国家级交通行业科技创新基地，交通科研院始终视科技创新为企业的生命力所在，近年来，在固废资源化利用领域加大了研发布局。因此，对于能够主导这一国家级重点专项课题的机会，交通科研院自然当仁不让，紧紧把握。

最终，经过激烈的角逐，这一国家重点研发计划花落湖南建投集团，由交通科研院主导，联合北京大学、湖南大学、中国建筑材料科学研究总院、中建五局等10家单位承担。

“长江中游典型城市群多源无机固废集约利用及示范”项目启动会暨实施方案论证会现场

项目以长江中游城市群加速工业化、城镇化、一体化为背景，针对“长株潭”及周边地区城市和多源无机固废特点，结合区域高温多雨气候环境下“海绵城市”建设需求，研究建筑垃圾、工业尾矿、冶炼废渣等典型多源无机固废产排特性，开发了其在海绵城市建设、建筑及交通行业中集约利用的关键技术、核心装备和应用技术。

彼时，行业上下充满着期待：这一央地、产学研协同的“湘”式范本，能否为固废资源化拿出一套可复制、推广的湖南方案？

形成商业模式，构建固废资源化“湖南方案”

面对错综复杂的难题，分解问题往往是最重要的一步。项目团队在设计研究方案时，将该研究项目拆解成了环环相扣的数个研究方向（如下图）。

首先，研究团队解决的是长株潭及周边城市群固废的分布、产生与吸纳量问题，剖析其城市群内多源无机固废和有机固废分类、处理和处置特点，研究相关区域建筑垃圾、道路垃圾、工业尾矿、冶炼废渣、花岗岩废料等典型多源无机固废产排特性。

基于此，研究团队经过密集广泛的调查研究，最终搭建起适应长江中游气候和固废禀赋特征的多源固废制备功能化建材的基础理论和关键技术体系。

“项目还要进一步推动固废在建材领域的高效、高附加值利用，让科研成果走出实验室，成为现实生产力，来为我国典型海绵城市建设与可持续发展提供参考，并形成稳定可靠的商业运行模式。”陈宇亮介绍道，“而这恰恰也是当前大宗固废处理领域亟需补足的短板。”

在项目的攻坚过程中，一些长期困扰固废行业的痛点得到了很好的解决。

如对于建筑垃圾、工业尾矿、冶炼废渣等固废排放量大、成分复杂，采用单一技术难以全组分资源化利用的现状，项目团队通过揭示长江中游地区典型多源无机固废的物质流分布规律，建立基于无机固废理化特性和污染特性的梯级利用方法，开发多源无机/有机固废协同利用技术，最终实现了固废全组分资源化利用。

又如针对长江中游高温多雨的气候特点，交通科研院项目团队首次研究多源固废再生建材在高温多雨气候下海绵城市不同场景中的适应性和耐久性，建立了再生建材服役寿命预测和工程尺度设计优化方法，实现 “海绵城市”建设与多源固废资源化利用有机结合。

经过3年多的产学研协同攻关，项目科研成果在许多湖南省内的重点项目上“一展风采”：在长沙圭塘河海绵公园、平益高速公路等示范工程利用固废70万吨，在实现多源固废资源化利用的同时，大幅降低了海绵城市建设过程中的碳排放。相关技术成果在长江中游地区推广应用后，预计可实现年降二氧化碳排放约60万吨。

长沙圭塘河海绵公园

尤值一提的是，通过此次项目研究，交通科研院发挥多年在公路路面结构材料领域的技术积累，将尾矿多重固化与资源化应用技术、道路垃圾原位再生利用技术、高掺量RAP厂拌热再生技术、钢渣沥青混合料技术、沥青透水路面技术等成果应用于平益高速公路建设中。

“平益高速无机固废深加工利用率达100%，综合造价降低成本20%-30%。”说起这组数据，陈宇亮满是欣慰自豪。

在此基础上，交通科研院还编制了湖南省地方标准《道路固化土应用技术标准》，为多源粉状固废协同固化制备道路基层技术的推广与应用提供了技术支撑。

科技部“固废资源化”项目跟踪专家表示，平益高速公路示范工程探索了一条多源固废在道路工程中集约化利用的新途径，值得大力推广应用。

平益高速示范工程钢渣沥青路面施工

今年8月，“长江中游典型城市群多源无机固废集约利用及示范”项目以高分通过验收并被专家组评为“优秀”。未来“海绵城市”“固废资源化利用”这两个生态领域“热词”有望结合，实现海绵城市“固废”造——这或许将成为我们现在便能够想象的生态城市未来图景。

交通科研院主要负责人郑长安表示，在全球环境变化和资源短缺的大背景下，交通科研院将不断创新和探索新的发展方向，以两项国家重点研发计划的研究成果为基础，持续攻坚固废资源化与低碳减排核心技术，大力推广固废再生与低碳零碳材料，建立交通行业全寿命周期碳排放核算方法与低碳技术评价模型，推进交通基础设施建设低碳绿色发展，为建设资源节约型、环境友好型社会贡献交通科研院力量。