明廷臻：以“碳中和”技術吹響能源革命的號角

　　能源是國家經濟發展的命脈、工業發展的血液。但工業文明在創造了巨大物質財富的同時，也在某種程度上“扼住了地球可持續發展的咽喉”——世界科學與技術高速發展背后，工業過程產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、生態環境破壞和生物多樣性喪失的危機。所幸，很多人已從迷局之中幡然蘇醒。當黨中央高舉“碳達峰”“碳中和”的大旗振臂一呼，各行各業便都開始積極調整發展戰略，向著“綠”意盎然的未來大步邁進。

　　能源、環境與生態協同發展，構建和諧的人類命運共同體，這已成為當今社會發展的共識。但“山積而高，澤積而長”，推進能源革命與可持續發展、推進全球環境治理與保護等注定是一個個復雜工程和長期任務，不可能畢其功于一役，目標上要高瞻遠矚，策略上要抓大放小，執行上要行穩致遠，各方持續協同努力，才有望大功告成。因此，在能源領域耕耘十余年，武漢理工大學土木工程與建筑學院教授明廷臻始終秉持少說多做的科研態度，以其團隊多學科交融的互補優勢，與工業界及國際團隊聯合，積極開展科技攻關。

▲明廷臻

　　目前，明廷臻已相繼主持國家重點研發計劃“政府間國際科技創新合作”重點專項、國家自然科學基金、國防裝備部預研基金、國防科工委預研基金及航空航天預研基金等重大科研課題30余項，在國內外學術期刊上公開發表論文150余篇，其中包含《科學引文索引》(SCI)論文110余篇;以第一作者出版英文專著2部、中文獨著1部，編寫普通高校“十一五”規劃教材1部。另外，他與團隊的研究成果兩次寫入聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)年度報告，并被認為是新興負排放技術，其方案被包括3位諾貝爾獎得主在內的多名國內外頂尖專家評價為具有廣泛適用性，其本人則連續3年入選美國斯坦福大學發布的全球前2%頂尖科學家榜單。面對如今能源行業的發展現狀，他說：“能源革命已成為可持續發展的一條必由之路，‘碳中和’為我國未來40年發展奠定了正確的方向和基礎，而我要做的，就是做好其中的‘螺絲釘’，在這條路上堅持奔跑下去。”

　　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、好奇心強烈的明廷臻來說，其求學生涯概括起來正是如此。

　　工程熱物理專業的博士研究經歷為明廷臻的未來發展之路奠定了堅實的理論基礎。“工程熱物理專業主要研究工業過程能量傳遞與轉換、新能源利用過程中的熱質傳遞機制等基礎科學問題”，這個研究領域覆蓋面非常廣泛，使他有機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：“繼續探索下去，大概可分成兩個延伸方向：一類是繼續深化對工程熱物理領域基礎理論的學習與理解，另一類則是能源應用與建筑環境相結合，相關方向與人體的舒適體驗和健康環境中的工程應用緊密結合并交叉了更多其他專業領域的基礎科學問題，但仍需要依賴于工程熱物理中的一些主要分析方法和關鍵技術。”猶豫不決之時，導師潘垣院士的叮嚀點醒了他：“無論何時，所做的科研一定要與國家重大需求相結合、與人民生產和生活需要相結合。做學問既要高端大氣，有自己的風骨;也要惠及民生，守護百姓的煙火氣。”根據自身的知識結構和研究方向、以應用為導向開展基礎與應用相結合的研究，明廷臻踏上了新的征程。

　　自留在華中科技大學任教以來，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，美國佛羅里達大學、北得克薩斯州大學等國際知名高校，相繼從事核電站熱工水力學、自然噴發顆粒物的傳播、零耗能建筑集成技術與應用、減緩全球氣候變化及超稀薄大氣碳捕集技術等研究工作。“雖然這些研究看起來差異較大，但萬變不離其宗，我以往所學的基礎理論、方法和手段仍在這些工作中得以延續，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。回國后，他將所學的先進知識和技術手段融會貫通，與實際應用相結合，成功轉化為一系列創新理論、方法和技術，其中包括：耗散最小化多場協同對流傳熱強化理論與方法、熱電器件熱-電-應力耦合理論與優化方法、高熱流密度電子器件散熱新技術、超稀薄大氣非CO?溫室氣體的大規模捕集與降解新技術等。值得一提的是，關于多場協同對流傳熱強化理論與方法，明廷臻作為主要完成人榮獲了國家自然科學獎二等獎。此外，他從學科交叉融合的科研實踐中，總結出了“從工程上去發現問題，從理論上去分析問題，從技術上去解決問題”的行路方針。

　　他山之石，可以攻玉，目達耳通，開卷有益。當明廷臻回到國內，順利加入武漢理工大學繼續研究之際，他心中理想的坐標已然十分清晰——為“碳中和”事業貢獻己力。

　　民生所指，心之所系

　　環境污染治理與每個人的日常生活都密切相關，明廷臻深諳此理。通勤路上，他總會路過學校西院與東院之間的交通轉盤。“此交通轉盤包圍著一個文化廣場，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，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憂。”感性與理性并存，明廷臻的一顆赤子之心正是支持他堅守、攻關的動力源泉。他帶領團隊將目光聚焦至城市街谷尺度之上，主持了題為“復雜城市街谷環境污染物傳播規律及多場協同機理”的國家自然科學基金項目。

▲能源與建筑環境實驗室團隊合影(前排居中為明廷臻)

　　隨著我國城市化進程的快速推進，大城市人口劇增，城市建筑密度隨之增長，交通系統也日益復雜。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準，對街谷內行人和臨街建筑居民的健康產生嚴重威脅。因此，相關污染物的傳播機理及其策略研究刻不容緩，對保護我國城市居民健康、改善城市街谷微氣候的風熱環境和污染物排放具有重要的理論意義和應用價值。基于此，明廷臻團隊基于多場協同的復雜城市街谷環境污染物傳播規律及緩解策略開展理論和實驗研究，建立了多種因素共同作用的污染物傳播規律數學模型，發展了開敞空間“速度-溫度-污染物濃度”的多場協同理論，借此理論評估強化傳質效果。項目的開展為當前重污染的城市交通污染物造成的環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劃布局提供重要的理論指導。

　　明廷臻還透露，目前他的團隊正在與由國內外多所高校和科研院所的學者組成的學術團隊開展交流合作，共同攻關國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金項目，意在對大氣中的超稀薄甲烷氣體進行捕集和去除。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，但溫室效應威力卻絕對不容小覷。“以20年尺度的數據來看，等量的甲烷對溫室效應的貢獻可達二氧化碳的80倍左右。聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)白皮書的數據顯示，若能有效去除大氣中甲烷，則可能實現降溫0.5℃的宏大目標。”明廷臻解釋道。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現低成本運輸、儲存或資源化利用。因此，開發一種近源性、小尺寸、分散化、低成本的持續零能耗甲烷捕集與去除系統，是明廷臻責無旁貸、同時刻不容緩的攻關目標，也是他希望能為民眾謀取的下一份“福利”。在此項工作中，明廷臻正在嘗試采用能源、環境、材料、化工、建筑等多學科交叉方式，探索宏觀、介觀、微觀尺度研究的鏈接。

　　如今，環境保護協同能源革命的號角已經吹響，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，人類才能穩步邁向“綠”意盎然的“遠方”。也正因為心中有“星空”，才更要嚴謹對待每一次實驗，清晰記錄每一份來之不易的寶貴數據，這是明廷臻與其團隊最質樸、最純粹的愿望，也凝結著團隊每位成員心中腳踏實地的夢想。