黄震院士：离开实验室前的偶然之举，助我拿下“第一桶金”

点击：  作者：张双虎    来源：中国科学报  发布时间:2022-10-06 20:21:31

 

黄震

 

中国工程院院士、上海交通大学碳中和发展研究院院长黄震有个宏大的梦想。他希望，通过可再生能源（太阳能、风能等）发电来转化二氧化碳、制备合成燃料，实现“燃料合成—燃烧—碳排放—燃料合成”的碳元素循环利用，从而助力实现碳中和目标。

 

通俗地讲，我们当今使用的化石燃料本质是“上亿年前阳光照耀的产物”。而今天，科学家在实验室里就可以大大缩短化石燃料的形成过程，用“今天的太阳”制取燃料。也许在不远的将来，家家户户都能安上一个小“装置”，将太阳能转化成燃料，为自己的爱车加满“油”。

 

目前，黄震正带领团队攻关这一颠覆性的能源技术，他们的实验室研究已取得了阶段性成果。然而，鲜为人知的是，这项探究燃料技术的“寻梦之旅”，源自30多年前一项国家自然科学基金青年科学基金项目（以下简称青年科学基金）支持的研究。

 

灵感来自“偶然的发现”

 

“我的第一个科学基金项目的灵感，来自博士论文研究中一次偶然的发现。”黄震告诉《中国科学报》。

 

35年前，黄震关注的焦点是燃料雾化，这是他博士论文的研究内容。为完成博士论文，他常在上海交通大学的实验室里进行喷雾特性研究。

 

在发动机、燃气轮机、锅炉工作过程中，燃料通常要与氧化剂（空气）充分混合，混合时燃料雾化程度越高（颗粒越小越均匀），燃烧就越充分，能量转化效率也越高。

 

有一天，实验结束时已经很晚了，因为第二天还要进行实验，黄震索性将部分燃料存放在压力罐内。

 

第二天，实验重新开始。黄震惊讶地发现，当天的雾化实验结果与前一天不太一样——雾化特性好了很多。

 

“我的初步判断是经过一个晚上，应该已经有不少气体溶入燃油中了。气体溶入燃油后，可以帮助燃油雾化。”黄震说。

 

“科学实验通常需要有很好的可重复性。”这么多年过去了，黄震一直记得这个现象，“在相同条件下，每次实验的结果应该可重复，但这次两组数据完全不一样”。

 

这个偶然的发现引起了黄震极大的兴趣。虽然非常想弄清当天燃油雾化数据异常的背后原因，但对于一个刚博士毕业的年轻人来说，想按照自己的想法开展研究并非易事。这时，青年科学基金进入了他的视野。

 

“至今我还清楚地记得当时到大连进行现场答辩的情景。那时候，国家自然科学基金委员会（以下简称自然科学基金委）刚出台资助年轻人的一个青年科学基金项目。自然科学基金委非常重视，竞争也很激烈，通讯评议通过后还要现场答辩。”黄震说，“非常幸运，我第一次申请就顺利通过了。虽然当时项目经费只有3万元，但也足以开展研究了。正是这‘第一桶金’，开启了我的学术研究生涯。”

 

 

黄震（中）和团队在一起。

 

学术生涯的“序曲”

 

1990年，黄震在青年科学基金的资助下，开始对燃油溶气技术进行系统、深入的研究。

 

在此期间，他还赴日本留学，与日方合作开展研究。经过3年的努力，从现象、机制到控制，他在溶气燃油喷射、雾化、燃烧研究领域取得了一系列成果。

 

黄震提出的气体射流溶气方法，成功解决了溶气燃油快速制备的技术难题。他发现了喷孔孔内流态和压力分布的两种模式及其对溶气燃油雾化的控制机制，该模式和机理使得雾化质量更为理想，并由此提出了燃油溶气雾化新技术，进一步阐明了发动机溶气燃油燃烧的雾化作用、稀释作用、热作用和化学作用。

 

黄震取得的一系列成果在雾化领域权威期刊《雾化与喷雾》上连续发表，并被英国皇家科学院院士Constantine Arcoumanis评价为“揭示了一种完全不同于单相流体的雾化机理”。

 

国际液体雾化与喷雾系统学会主席广安博之认为，该研究“阐明了溶气燃油促进和抑制喷雾特性的机理，发现了影响喷雾特性的首要因素是喷孔内的流态”。

 

获得青年科学基金资助成为黄震后续几十年学术研究的序曲。此后，他又陆续承担了十余项国家自然科学基金项目，包括国家杰出青年科学基金项目、重点项目、面上项目和国际合作项目等。

 

从青年科学基金研究成果燃油溶气雾化新技术起，经过20多年的努力，黄震在国际上创建了发动机燃料设计与燃烧控制新方法，成功开发出新型智能燃料发动机，被国际同行评价为“燃料设计已经成为各种先进燃烧模式着火时刻与燃烧速率控制最通用的方法”。他获得国家自然科学奖二等奖，并被国际燃烧学会授予“会士”称号。

 

针对我国发动机节能减排和燃料多样化的重大需求，黄震以智者的前瞻与视野，带领研究团队系统深入地开展了二甲醚、天然气、生物柴油、煤制油、甲醇、乙醇等代用燃料发动机的研究，发明了发动机燃料多样化关键技术，并走出了一条产学研结合的路。

 

他积极倡导并协调组建产学研团队，形成了燃料生产、发动机、整车、关键零部件等一条完整产业链。通过10多年的研发，我国二甲醚汽车无论在专利、标准还是在产业技术上，都处于国际领先水平。

 

在全球低碳发展的背景下，黄震带领团队开始将目标锁定在可再生合成燃料的研究上。

 

黄震认为，用“绿电”（可再生能源发电）把二氧化碳还原成燃料，制取可再生合成燃料（包括合成汽油、合成柴油、甲醇、二甲醚），使交通和工业燃料独立于化石能源，实现燃料净零碳排放，可为国家能源战略转型与碳中和目标实现提供全新的解决方案。

 

“我们正全力以赴，目前已取得不错的进展。”黄震补充说，“从技术和原理上说，我们已实现可再生合成燃料制取。当前的技术瓶颈是提高它的转化效率、选择性和耐久性，这也是最终实现商业化的关键。”

 

过去数百年，人们依赖于“上亿年前阳光照耀的产物”——化石燃料。然而，一直被人们忽略的是，每天阳光照射到地球上的能量相当于4320亿吨煤燃烧所产生的能量，每秒照射到地球上的能量相当于500万吨煤燃烧所产生的能量。因此，黄震研究团队的愿景是，今后，每天的阳光能为我们提供取之不尽，用之不竭的热与电，还有可再生燃料。

 

 

黄震（中）指导学生开展实验。

 

不做一眼就“看得到底”的研究

 

黄震经常鼓励团队中的年轻人，“要有让别人follow me（追随、跟踪）的科研意识”。

 

“不做一眼就‘看得到底’的研究。”黄震解释道，“‘看得到底’是指从你刚开始研究，别人就知道大概会是什么结果，最后的成果也只是一些量的改进。我更希望年轻人勇于创新，多去尝试突破性的工作。”

 

科研工作者要有服务国家的责任和担当。黄震不但身体力行，而且鼓励研究团队成员勇于走出自己的舒适区，将自己的研究与国家的需求结合起来，脚踏实地，一步一个脚印去开拓新领域。

 

30多年来，黄震已培养硕士、博士、博士后百余人。在他的言传身教下，学生大多已经成为行业的佼佼者，在各行各业中发光发热。有的成为国家特聘专家，有的获得了国家杰出青年科学基金项目、优秀青年科学基金项目资助，有的入选了教育部青年长江学者、上海市青年拔尖人才、上海市青年科技启明星等人才计划，还有的在重点领域相关企业中担任总工程师、研发负责人等。

 

“不光我自己，我们团队的青年教师基本上也是从获得青年科学基金开始、一步步走过来的，在各自领域取得了出色的成绩。”黄震说，“35年来，青年科学基金如同一个小火花，点燃了无数青年科技工作者的梦想，使我国科技事业星火燎原。”

 

（ 本文图片均由受访者提供）

 

文 ｜ 《中国科学报》记者 张双虎；来源中国科学报