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明廷臻:以“碳中和”技術(shù)吹響能源革命的號(hào)角

澎湃新聞發(fā)布時(shí)間:2023-03-24 10:35:17

  能源是國(guó)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(guò)程產(chǎn)生的大量溫室氣體及各種類(lèi)型的污染物正在悄悄為地球醞釀著一場(chǎng)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(kāi)始積極調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略,向著“綠”意盎然的未來(lái)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(lèi)命運(yùn)共同體,這已成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的共識(shí)。但“山積而高,澤積而長(zhǎng)”,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(zhǎng)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(shuō)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(shì),與工業(yè)界及國(guó)際團(tuán)隊(duì)聯(lián)合,積極開(kāi)展科技攻關(guān)。


▲明廷臻

  目前,明廷臻已相繼主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)防裝備部預(yù)研基金、國(guó)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(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上公開(kāi)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(zhuān)著2部、中文獨(dú)著1部,編寫(xiě)普通高校“十一五”規(guī)劃教材1部。另外,他與團(tuán)隊(duì)的研究成果兩次寫(xiě)入聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(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(guó)內(nèi)外頂尖專(zhuān)家評(píng)價(jià)為具有廣泛適用性,其本人則連續(xù)3年入選美國(guó)斯坦福大學(xué)發(fā)布的全球前2%頂尖科學(xué)家榜單。面對(duì)如今能源行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,他說(shuō):“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(guó)未來(lái)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。”

  他山之石,可以攻玉

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

  工程熱物理專(zhuān)業(yè)的博士研究經(jīng)歷為明廷臻的未來(lái)發(fā)展之路奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。“工程熱物理專(zhuān)業(yè)主要研究工業(yè)過(guò)程能量傳遞與轉(zhuǎn)換、新能源利用過(guò)程中的熱質(zhì)傳遞機(jī)制等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題”,這個(gè)研究領(lǐng)域覆蓋面非常廣泛,使他有機(jī)會(huì)接觸許多工程問(wèn)題。博士后出站之后,他面臨著具體方向的選擇問(wèn)題:“繼續(xù)探索下去,大概可分成兩個(gè)延伸方向:一類(lèi)是繼續(xù)深化對(duì)工程熱物理領(lǐng)域基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)與理解,另一類(lèi)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(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題,但仍需要依賴(lài)于工程熱物理中的一些主要分析方法和關(guān)鍵技術(shù)。”猶豫不決之時(shí),導(dǎo)師潘垣院士的叮嚀點(diǎn)醒了他:“無(wú)論何時(shí),所做的科研一定要與國(guó)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(wèn)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。”根據(jù)自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和研究方向、以應(yīng)用為導(dǎo)向開(kāi)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(lái),明廷臻心中求知的火種始終沒(méi)有熄滅,他先后到訪新加坡南洋理工大學(xué),美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)、北得克薩斯州大學(xué)等國(guó)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。“雖然這些研究看起來(lái)差異較大,但萬(wàn)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。”

  幾年的海外生活令明廷臻收獲良多?;貒?guó)后,他將所學(xué)的先進(jìn)知識(shí)和技術(shù)手段融會(huì)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(chǎng)協(xié)同對(duì)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CO?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(chǎng)協(xié)同對(duì)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(guó)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(wèn)題,從理論上去分析問(wèn)題,從技術(shù)上去解決問(wèn)題”的行路方針。

  他山之石,可以攻玉,目達(dá)耳通,開(kāi)卷有益。當(dāng)明廷臻回到國(guó)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(huì)路過(guò)學(xué)校西院與東院之間的交通轉(zhuǎn)盤(pán)。“此交通轉(zhuǎn)盤(pán)包圍著一個(gè)文化廣場(chǎng),旁邊道路上車(chē)水馬龍,地下隧道還有交通干線,每逢傍晚文化廣場(chǎng)就承載著許多居民活動(dòng),即使是霧霾天也會(huì)有人在那里跳舞健身,我常常為他們的健康擔(dān)憂。”感性與理性并存,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(chǎng)協(xié)同機(jī)理”的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。


▲能源與建筑環(huán)境實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)合影(前排居中為明廷臻)

  隨著我國(guó)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(zhǎng),交通系統(tǒng)也日益復(fù)雜。車(chē)水馬龍的繁華背后,汽車(chē)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(duì)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(duì)保護(hù)我國(guó)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?,明廷臻團(tuán)隊(duì)基于多場(chǎng)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(kāi)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(kāi)敞空間“速度-溫度-污染物濃度”的多場(chǎng)協(xié)同理論,借此理論評(píng)估強(qiáng)化傳質(zhì)效果。項(xiàng)目的開(kāi)展為當(dāng)前重污染的城市交通污染物造成的環(huán)境問(wèn)題提供了緩解策略,未來(lái)還可能會(huì)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(guó)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(kāi)展交流合作,共同攻關(guān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,意在對(duì)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?jī)H為其二百分之一左右,但溫室效應(yīng)威力卻絕對(duì)不容小覷。“以20年尺度的數(shù)據(jù)來(lái)看,等量的甲烷對(duì)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(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)白皮書(shū)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)。”明廷臻解釋道。目前針對(duì)大氣中溫室氣體的去除,并沒(méi)有一套成熟方案,要么是能源消耗極大,治理過(guò)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(wú)法有效實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)輸、儲(chǔ)存或資源化利用。因此,開(kāi)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(wú)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(hào)角已經(jīng)吹響,理想未至,道阻且長(zhǎng)。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(lèi)才能穩(wěn)步邁向“綠”意盎然的“遠(yuǎn)方”。也正因?yàn)樾闹杏?ldquo;星空”,才更要嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待每一次實(shí)驗(yàn),清晰記錄每一份來(lái)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(mèng)想。


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