青春揭榜，为国挂帅：大连理工大学“靶向赋能”团队攻关深部煤层气提采关键技术

2026年5月，第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“揭榜挂帅”专项赛正式发榜。中石油煤层气有限责任公司与中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司联合发布了一个令许多参赛团队望而生畏的题目——基于煤岩储层吸附态甲烷高效渗吸－置换的新型材料研发。发榜单位在题目中给出的数据令人深思：在鄂尔多斯盆地大宁－吉县区块，即便已经大规模应用了“压驱－渗吸－置换”技术、采收率提升了约20％，但吨煤剩余可采资源量仍超过10立方米。数以亿立方米计的吸附态甲烷，被“锁”在煤岩的纳米级微孔中，任凭常规技术手段难以撬动。

问题的根源在哪里？一方面，用于强化气水竞争吸附的超纳米材料尚属空白，材料在微孔内如何改变气－液－固三相的分布状态、如何影响甲烷的竞争吸附与解吸过程，在机理层面仍是一团迷雾；另一方面，可长期有效提升气水运移面积的功能材料同样缺位，其在煤岩宏孔、介孔及天然裂缝中的铺展机制和长期稳定性尚不清楚。而为什么采不出来、用什么材料能采出来，这两个问题都没有被真正回答。

来自大连理工大学化工海洋与生命学院的“靶向赋能”团队，专业背景覆盖能源化学工程、环境生态工程、应用化学等多个方向。在得知榜题内容后，队长张家铭意识到：这不是一个停留在实验室里的学术问题，而是关系到国内最大煤层气生产企业能否实现百亿方产能目标的实战问题。经过几轮内部讨论和文献调研，团队决定正面接下这份“考卷”，于2026年6月通过“挑战杯”官网完成报名，正式向该榜题发起冲击。

接手这个课题后，团队面临的第一个问题就是从何入手。传统材料研发往往依赖大量实验筛选——制备几十种甚至上百种候选材料，逐一测试性能，再从中挑出最优方案。这种“试错式”路径不仅周期长、成本高，而且很难回答“为什么有效”这一根本问题。发榜单位明确要求研究必须从微观机理层面出发，这意味着团队不能简单地在实验室里凭空想象，而必须回答材料在纳米尺度上到底是怎么起作用的。

经过反复研讨，团队确立了以“计算模拟先行、微观表征跟进”的为核心的技术路线——先借助多尺度计算模拟对材料与煤岩界面的相互作用进行理论预判，缩小候选范围，再通过原位动态表征对材料在微孔内的实际行为进行观测和验证。在材料定位上，团队计划研发两类功能材料：第一类靶向微孔层面，旨在破除水锁效应、促进吸附态甲烷解吸；第二类面向介孔和天然裂缝，着力扩大气水有效运移面积、强化渗吸扩散效果。两类材料通过功能分工与时序衔接，最终服务于“压驱—渗吸—置换”全流程的协同增效。

与发榜单位的沟通让团队对问题的理解不断深化。通过查阅文献资料和与一线技术人员交流，团队逐渐意识到：深部煤储层的“水锁效应”是制约甲烷解吸的关键障碍。压裂液注入后，水分子会优先占据煤岩微孔表面，形成一层水膜，直接将甲烷的“出路”堵死。因此，能否有效破除或削弱这层水膜，成为材料是否有效的关键判据。与此同时，即便甲烷成功从微孔中解吸出来，如果气水在介孔和裂缝系统中的运移通道不畅，仍然难以实现高效产出。这意味着材料设计不能只盯着微孔一个尺度，而必须在微孔、介孔和裂缝三个尺度上统筹考虑。

目前，团队正处于实验验证与机理分析的关键阶段。与此同时，他们正与发榜单位保持密切沟通，深入了解鄂尔多斯盆地典型深部煤储层的地质条件和工程需求，确保研究始终对准产业一线。

“揭榜挂帅”专项赛自设立以来，始终致力于打破高校科研与产业需求之间的壁垒，让青年创新力量直面国家经济社会发展的真实需求。比赛涵盖能源环保、高端装备、信息技术等多个关键领域，发榜单位均为行业头部企业和国家科研机构。大连理工大学“靶向赋能”团队正是这场“产学研用”深度融合实践的一个缩影——他们把实验室的思考对准千米地下煤储层的真实困境，把论文写在能源安全保障的第一线。团队成员说：“我们做的这件事，不是帮某个企业解决某个技术问题，而是希望为深部煤层气吸附态甲烷能否被高效动用这个科学问题，提供一个说得通的机理和一条走得通的路。”从辽宁的海滨到鄂尔多斯盆地的深部煤层，这段路程还很漫长。但这群青年已经迈出了第一步——以基础研究回应产业之问，以青年担当书写时代答卷。（大连理工大学）