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黃震院士：離開實驗室前的偶然之舉，助我拿下“第一桶金”

點擊：3283  作者：張雙虎    來源：中國科學報  發布時間:2022-10-06 20:21:31

 

黃震

 

中國工程院院士、上海交通大學碳中和發展研究院院長黃震有個宏大的夢想。他希望，通過可再生能源（太陽能、風能等）發電來轉化二氧化碳、制備合成燃料，實現“燃料合成—燃燒—碳排放—燃料合成”的碳元素循環利用，從而助力實現碳中和目標。

 

通俗地講，我們當今使用的化石燃料本質是“上億年前陽光照耀的產物”。而今天，科學家在實驗室里就可以大大縮短化石燃料的形成過程，用“今天的太陽”制取燃料。也許在不遠的將來，家家戶戶都能安上一個小“裝置”，將太陽能轉化成燃料，為自己的愛車加滿“油”。

 

目前，黃震正帶領團隊攻關這一顛覆性的能源技術，他們的實驗室研究已取得了階段性成果。然而，鮮為人知的是，這項探究燃料技術的“尋夢之旅”，源自30多年前一項國家自然科學基金青年科學基金項目（以下簡稱青年科學基金）支持的研究。

 

靈感來自“偶然的發現”

 

“我的第一個科學基金項目的靈感，來自博士論文研究中一次偶然的發現。”黃震告訴《中國科學報》。

 

35年前，黃震關注的焦點是燃料霧化，這是他博士論文的研究內容。為完成博士論文，他常在上海交通大學的實驗室里進行噴霧特性研究。

 

在發動機、燃氣輪機、鍋爐工作過程中，燃料通常要與氧化劑（空氣）充分混合，混合時燃料霧化程度越高（顆粒越小越均勻），燃燒就越充分，能量轉化效率也越高。

 

有一天，實驗結束時已經很晚了，因為第二天還要進行實驗，黃震索性將部分燃料存放在壓力罐內。

 

第二天，實驗重新開始。黃震驚訝地發現，當天的霧化實驗結果與前一天不太一樣——霧化特性好了很多。

 

“我的初步判斷是經過一個晚上，應該已經有不少氣體溶入燃油中了。氣體溶入燃油后，可以幫助燃油霧化。”黃震說。

 

“科學實驗通常需要有很好的可重復性。”這么多年過去了，黃震一直記得這個現象，“在相同條件下，每次實驗的結果應該可重復，但這次兩組數據完全不一樣”。

 

這個偶然的發現引起了黃震極大的興趣。雖然非常想弄清當天燃油霧化數據異常的背后原因，但對于一個剛博士畢業的年輕人來說，想按照自己的想法開展研究并非易事。這時，青年科學基金進入了他的視野。

 

“至今我還清楚地記得當時到大連進行現場答辯的情景。那時候，國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）剛出臺資助年輕人的一個青年科學基金項目。自然科學基金委非常重視，競爭也很激烈，通訊評議通過后還要現場答辯。”黃震說，“非常幸運，我第一次申請就順利通過了。雖然當時項目經費只有3萬元，但也足以開展研究了。正是這‘第一桶金’，開啟了我的學術研究生涯。”

 

 

黃震（中）和團隊在一起。

 

學術生涯的“序曲”

 

1990年，黃震在青年科學基金的資助下，開始對燃油溶氣技術進行系統、深入的研究。

 

在此期間，他還赴日本留學，與日方合作開展研究。經過3年的努力，從現象、機制到控制，他在溶氣燃油噴射、霧化、燃燒研究領域取得了一系列成果。

 

黃震提出的氣體射流溶氣方法，成功解決了溶氣燃油快速制備的技術難題。他發現了噴孔孔內流態和壓力分布的兩種模式及其對溶氣燃油霧化的控制機制，該模式和機理使得霧化質量更為理想，并由此提出了燃油溶氣霧化新技術，進一步闡明了發動機溶氣燃油燃燒的霧化作用、稀釋作用、熱作用和化學作用。

 

黃震取得的一系列成果在霧化領域權威期刊《霧化與噴霧》上連續發表，并被英國皇家科學院院士Constantine Arcoumanis評價為“揭示了一種完全不同于單相流體的霧化機理”。

 

國際液體霧化與噴霧系統學會主席廣安博之認為，該研究“闡明了溶氣燃油促進和抑制噴霧特性的機理，發現了影響噴霧特性的首要因素是噴孔內的流態”。

 

獲得青年科學基金資助成為黃震后續幾十年學術研究的序曲。此后，他又陸續承擔了十余項國家自然科學基金項目，包括國家杰出青年科學基金項目、重點項目、面上項目和國際合作項目等。

 

從青年科學基金研究成果燃油溶氣霧化新技術起，經過20多年的努力，黃震在國際上創建了發動機燃料設計與燃燒控制新方法，成功開發出新型智能燃料發動機，被國際同行評價為“燃料設計已經成為各種先進燃燒模式著火時刻與燃燒速率控制最通用的方法”。他獲得國家自然科學獎二等獎，并被國際燃燒學會授予“會士”稱號。

 

針對我國發動機節能減排和燃料多樣化的重大需求，黃震以智者的前瞻與視野，帶領研究團隊系統深入地開展了二甲醚、天然氣、生物柴油、煤制油、甲醇、乙醇等代用燃料發動機的研究，發明了發動機燃料多樣化關鍵技術，并走出了一條產學研結合的路。

 

他積極倡導并協調組建產學研團隊，形成了燃料生產、發動機、整車、關鍵零部件等一條完整產業鏈。通過10多年的研發，我國二甲醚汽車無論在專利、標準還是在產業技術上，都處于國際領先水平。

 

在全球低碳發展的背景下，黃震帶領團隊開始將目標鎖定在可再生合成燃料的研究上。

 

黃震認為，用“綠電”（可再生能源發電）把二氧化碳還原成燃料，制取可再生合成燃料（包括合成汽油、合成柴油、甲醇、二甲醚），使交通和工業燃料獨立于化石能源，實現燃料凈零碳排放，可為國家能源戰略轉型與碳中和目標實現提供全新的解決方案。

 

“我們正全力以赴，目前已取得不錯的進展。”黃震補充說，“從技術和原理上說，我們已實現可再生合成燃料制取。當前的技術瓶頸是提高它的轉化效率、選擇性和耐久性，這也是最終實現商業化的關鍵。”

 

過去數百年，人們依賴于“上億年前陽光照耀的產物”——化石燃料。然而，一直被人們忽略的是，每天陽光照射到地球上的能量相當于4320億噸煤燃燒所產生的能量，每秒照射到地球上的能量相當于500萬噸煤燃燒所產生的能量。因此，黃震研究團隊的愿景是，今后，每天的陽光能為我們提供取之不盡，用之不竭的熱與電，還有可再生燃料。

 

 

黃震（中）指導學生開展實驗。

 

不做一眼就“看得到底”的研究

 

黃震經常鼓勵團隊中的年輕人，“要有讓別人follow me（追隨、跟蹤）的科研意識”。

 

“不做一眼就‘看得到底’的研究。”黃震解釋道，“‘看得到底’是指從你剛開始研究，別人就知道大概會是什么結果，最后的成果也只是一些量的改進。我更希望年輕人勇于創新，多去嘗試突破性的工作。”

 

科研工作者要有服務國家的責任和擔當。黃震不但身體力行，而且鼓勵研究團隊成員勇于走出自己的舒適區，將自己的研究與國家的需求結合起來，腳踏實地，一步一個腳印去開拓新領域。

 

30多年來，黃震已培養碩士、博士、博士后百余人。在他的言傳身教下，學生大多已經成為行業的佼佼者，在各行各業中發光發熱。有的成為國家特聘專家，有的獲得了國家杰出青年科學基金項目、優秀青年科學基金項目資助，有的入選了教育部青年長江學者、上海市青年拔尖人才、上海市青年科技啟明星等人才計劃，還有的在重點領域相關企業中擔任總工程師、研發負責人等。

 

“不光我自己，我們團隊的青年教師基本上也是從獲得青年科學基金開始、一步步走過來的，在各自領域取得了出色的成績。”黃震說，“35年來，青年科學基金如同一個小火花，點燃了無數青年科技工作者的夢想，使我國科技事業星火燎原。”

 

（ 本文圖片均由受訪者提供）

 

文 ｜ 《中國科學報》記者 張雙虎；來源中國科學報