在煤炭领域，有一种低阶煤，就是煤化程度较低的煤。我国低阶煤储量巨大，约占煤炭探明储量的一半以上。低阶煤通过热解工艺廉价地得到油气，残留物是热解半焦。由低阶煤热解产生的半焦燃烧有三个难点，一是点火难，就是要想把煤烧起来，必须将其放入已经加热到300多摄氏度的炉膛里，相当于在家里煤烧时，要用纸或木柴烧到一定温度再放进煤；二是提高燃尽率难，想把煤烧干净不易，我们平时看见的浓烟滚滚正是燃烧不充分的表现；三是降低氮氧化物的排放难。可以说，实现热解半焦的清洁高效燃烧利用，已成为制约我国低阶煤分级转化的技术瓶颈。

吕清刚发现了传统燃烧的矛盾之处：燃煤过程是煤和空气一起燃烧的过程，低阶煤只有烧到1500摄氏度时才能烧尽，但此时空气中的氮气就会变为气体污染物——氮氧化物排放出来了。如果降低燃烧温度倒是可以控制氮氧化物的排放，但燃煤又不充分，经济性又差了。

吕清刚另辟蹊径。他于2004年提出了全新的预热燃烧技术，就是在煤燃烧前先进行预热处理，在燃烧器里加热到800—900摄氏度，然后再送进炉中。这样只需1100摄氏度就能把热解半焦燃尽，氮氧化物的排放也由传统的400—500毫克/标立方降为100毫克左右/ 标立方。

实验室里技术走通了，但没有企业愿意投钱。刚好，2011年中科院启动了战略性先导科技专项。他的研究被列入低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范项目。

在专项的支持下，吕清刚的技术日渐成熟，并完成了中试，目前正在广西和山东做工程技术示范。他的研究还被列入国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术重点专项”。