以“碳中和”技術(shù)吹響能源革命的號角

朱悅

能源是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈、工業(yè)發(fā)展的血液。但工業(yè)文明在創(chuàng)造了巨大物質(zhì)財(cái)富的同時(shí)，也在某種程度上“扼住了地球可持續(xù)發(fā)展的咽喉”——世界科學(xué)與技術(shù)高速發(fā)展背后，工業(yè)過程產(chǎn)生的大量溫室氣體及各種類型的污染物正在悄悄為地球醞釀著一場全球變暖、生態(tài)環(huán)境破壞和生物多樣性喪失的危機(jī)。所幸，很多人已從迷局之中幡然蘇醒。當(dāng)黨中央高舉“碳達(dá)峰”“碳中和”的大旗振臂一呼，各行各業(yè)便都開始積極調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，向著“綠”意盎然的未來大步邁進(jìn)。

能源、環(huán)境與生態(tài)協(xié)同發(fā)展，構(gòu)建和諧的人類命運(yùn)共同體，這已成為當(dāng)今社會發(fā)展的共識。但“山積而高，澤積而長”，推進(jìn)能源革命與可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)全球環(huán)境治理與保護(hù)等注定是一個(gè)個(gè)復(fù)雜工程和長期任務(wù)，不可能畢其功于一役，目標(biāo)上要高瞻遠(yuǎn)矚，策略上要抓大放小，執(zhí)行上要行穩(wěn)致遠(yuǎn)，各方持續(xù)協(xié)同努力，才有望大功告成。因此，在能源領(lǐng)域耕耘十余年，武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院教授明廷臻始終秉持少說多做的科研態(tài)度，以其團(tuán)隊(duì)多學(xué)科交融的互補(bǔ)優(yōu)勢，與工業(yè)界及國際團(tuán)隊(duì)聯(lián)合，積極開展科技攻關(guān)。

目前，明廷臻已相繼主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“政府間國際科技創(chuàng)新合作”重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、國防裝備部預(yù)研基金、國防科工委預(yù)研基金及航空航天預(yù)研基金等重大科研課題30余項(xiàng)，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上公開發(fā)表論文150余篇，其中包含《科學(xué)引文索引》（SCI）論文110余篇；以第一作者出版英文專著2部、中文獨(dú)著1部，編寫普通高?！笆晃濉币?guī)劃教材1部。另外，他與團(tuán)隊(duì)的研究成果兩次寫入聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）年度報(bào)告，并被認(rèn)為是新興負(fù)排放技術(shù)，其方案被包括3位諾貝爾獎(jiǎng)得主在內(nèi)的多名國內(nèi)外頂尖專家評價(jià)為具有廣泛適用性，其本人則連續(xù)3年入選美國斯坦福大學(xué)發(fā)布的全球前2%頂尖科學(xué)家榜單。面對如今能源行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，他說：“能源革命已成為可持續(xù)發(fā)展的一條必由之路，‘碳中和為我國未來40年發(fā)展奠定了正確的方向和基礎(chǔ)，而我要做的，就是做好其中的‘螺絲釘，在這條路上堅(jiān)持奔跑下去?！?/p>

他山之石，可以攻玉

集百家所長，以期立一藝之大成。對科研熱情飽滿、好奇心強(qiáng)烈的明廷臻來說，其求學(xué)生涯概括起來正是如此。

工程熱物理專業(yè)的博士研究經(jīng)歷為明廷臻的未來發(fā)展之路奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)?！肮こ虩嵛锢韺I(yè)主要研究工業(yè)過程能量傳遞與轉(zhuǎn)換、新能源利用過程中的熱質(zhì)傳遞機(jī)制等基礎(chǔ)科學(xué)問題”，這個(gè)研究領(lǐng)域覆蓋面非常廣泛，使他有機(jī)會接觸許多工程問題。博士后出站之后，他面臨著具體方向的選擇問題：“繼續(xù)探索下去，大概可分成兩個(gè)延伸方向：一類是繼續(xù)深化對工程熱物理領(lǐng)域基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)與理解，另一類則是能源應(yīng)用與建筑環(huán)境相結(jié)合，相關(guān)方向與人體的舒適體驗(yàn)和健康環(huán)境中的工程應(yīng)用緊密結(jié)合并交叉了更多其他專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問題，但仍需要依賴于工程熱物理中的一些主要分析方法和關(guān)鍵技術(shù)?！豹q豫不決之時(shí)，導(dǎo)師潘垣院士的叮嚀點(diǎn)醒了他：“無論何時(shí)，所做的科研一定要與國家重大需求相結(jié)合、與人民生產(chǎn)和生活需要相結(jié)合。做學(xué)問既要高端大氣，有自己的風(fēng)骨；也要惠及民生，守護(hù)百姓的煙火氣?！备鶕?jù)自身的知識結(jié)構(gòu)和研究方向、以應(yīng)用為導(dǎo)向開展基礎(chǔ)與應(yīng)用相結(jié)合的研究，明廷臻踏上了新的征程。

自留在華中科技大學(xué)任教以來，明廷臻心中求知的火種始終沒有熄滅，他先后到訪新加坡南洋理工大學(xué)，美國佛羅里達(dá)大學(xué)、北得克薩斯州大學(xué)等國際知名高校，相繼從事核電站熱工水力學(xué)、自然噴發(fā)顆粒物的傳播、零耗能建筑集成技術(shù)與應(yīng)用、減緩全球氣候變化及超稀薄大氣碳捕集技術(shù)等研究工作?！半m然這些研究看起來差異較大，但萬變不離其宗，我以往所學(xué)的基礎(chǔ)理論、方法和手段仍在這些工作中得以延續(xù)，只是在不斷融入著新的元素?！?/p>

幾年的海外生活令明廷臻收獲良多。回國后，他將所學(xué)的先進(jìn)知識和技術(shù)手段融會貫通，與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，成功轉(zhuǎn)化為一系列創(chuàng)新理論、方法和技術(shù)，其中包括：耗散最小化多場協(xié)同對流傳熱強(qiáng)化理論與方法、熱電器件熱-電-應(yīng)力耦合理論與優(yōu)化方法、高熱流密度電子器件散熱新技術(shù)、超稀薄大氣非CO2溫室氣體的大規(guī)模捕集與降解新技術(shù)等。值得一提的是，關(guān)于多場協(xié)同對流傳熱強(qiáng)化理論與方法，明廷臻作為主要完成人榮獲了國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。此外，他從學(xué)科交叉融合的科研實(shí)踐中，總結(jié)出了“從工程上去發(fā)現(xiàn)問題，從理論上去分析問題，從技術(shù)上去解決問題”的行路方針。

他山之石，可以攻玉，目達(dá)耳通，開卷有益。當(dāng)明廷臻回到國內(nèi)，順利加入武漢理工大學(xué)繼續(xù)研究之際，他心中理想的坐標(biāo)已然十分清晰——為“碳中和”事業(yè)貢獻(xiàn)己力。

民生所指，心之所系

環(huán)境污染治理與每個(gè)人的日常生活都密切相關(guān)，明廷臻深諳此理。通勤路上，他總會路過學(xué)校西院與東院之間的交通轉(zhuǎn)盤。“此交通轉(zhuǎn)盤包圍著一個(gè)文化廣場，旁邊道路上車水馬龍，地下隧道還有交通干線，每逢傍晚文化廣場就承載著許多居民活動(dòng)，即使是霧霾天也會有人在那里跳舞健身，我常常為他們的健康擔(dān)憂?！备行耘c理性并存，明廷臻的一顆赤子之心正是支持他堅(jiān)守、攻關(guān)的動(dòng)力源泉。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將目光聚焦至城市街谷尺度之上，主持了題為“復(fù)雜城市街谷環(huán)境污染物傳播規(guī)律及多場協(xié)同機(jī)理”的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。

隨著我國城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，大城市人口劇增，城市建筑密度隨之增長，交通系統(tǒng)也日益復(fù)雜。車水馬龍的繁華背后，汽車尾氣等污染物已顯著超出城市大氣污染物的控制標(biāo)準(zhǔn)，對街谷內(nèi)行人和臨街建筑居民的健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。因此，相關(guān)污染物的傳播機(jī)理及其策略研究刻不容緩，對保護(hù)我國城市居民健康、改善城市街谷微氣候的風(fēng)熱環(huán)境和污染物排放具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值?；诖耍魍⒄閳F(tuán)隊(duì)基于多場協(xié)同的復(fù)雜城市街谷環(huán)境污染物傳播規(guī)律及緩解策略開展理論和實(shí)驗(yàn)研究，建立了多種因素共同作用的污染物傳播規(guī)律數(shù)學(xué)模型，發(fā)展了開敞空間“速度-溫度-污染物濃度”的多場協(xié)同理論，借此理論評估強(qiáng)化傳質(zhì)效果。項(xiàng)目的開展為當(dāng)前重污染的城市交通污染物造成的環(huán)境問題提供了緩解策略，未來還可能會為城市街道、高架橋及臨街建筑的規(guī)劃布局提供重要的理論指導(dǎo)。

明廷臻還透露，目前他的團(tuán)隊(duì)正在與由國內(nèi)外多所高校和科研院所的學(xué)者組成的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)開展交流合作，共同攻關(guān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，意在對大氣中的超稀薄甲烷氣體進(jìn)行捕集和去除。相較于二氧化碳，甲烷在大氣中的含量僅為其二百分之一左右，但溫室效應(yīng)威力卻絕對不容小覷?！耙?0年尺度的數(shù)據(jù)來看，等量的甲烷對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)可達(dá)二氧化碳的80倍左右。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）白皮書的數(shù)據(jù)顯示，若能有效去除大氣中甲烷，則可能實(shí)現(xiàn)降溫0.5℃的宏大目標(biāo)?！泵魍⒄榻忉尩?。目前針對大氣中溫室氣體的去除，并沒有一套成熟方案，要么是能源消耗極大，治理過程產(chǎn)生的溫室氣體比收集的溫室氣體還要多，得不償失；要么就是收集的溫室氣體無法有效實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)輸、儲存或資源化利用。因此，開發(fā)一種近源性、小尺寸、分散化、低成本的持續(xù)零能耗甲烷捕集與去除系統(tǒng)，是明廷臻責(zé)無旁貸、同時(shí)刻不容緩的攻關(guān)目標(biāo)，也是他希望能為民眾謀取的下一份“福利”。在此項(xiàng)工作中，明廷臻正在嘗試采用能源、環(huán)境、材料、化工、建筑等多學(xué)科交叉方式，探索宏觀、介觀、微觀尺度研究的鏈接。

如今，環(huán)境保護(hù)協(xié)同能源革命的號角已經(jīng)吹響，理想未至，道阻且長。毋庸置疑的是，迢迢征程之上，需要所有科研人勠力同心，人類才能穩(wěn)步邁向“綠”意盎然的“遠(yuǎn)方”。也正因?yàn)樾闹杏小靶强铡保鸥獓?yán)謹(jǐn)對待每一次實(shí)驗(yàn)，清晰記錄每一份來之不易的寶貴數(shù)據(jù)，這是明廷臻與其團(tuán)隊(duì)最質(zhì)樸、最純粹的愿望，也凝結(jié)著團(tuán)隊(duì)每位成員心中腳踏實(shí)地的夢想。

（責(zé)編：關(guān)弋）