以碳中和技术吹响能源革命的号角-凯发一触即发

能源是国家经济发展的命脉、工业发展的血液。但工业文明在创造了巨大物质财富的同时，也在某种程度上“扼住了地球可持续发展的咽喉”——世界科学与技术高速发展背后，工业过程产生的大量温室气体及各种类型的污染物正在悄悄为地球酝酿着一场全球变暖、生态环境破坏和生物多样性丧失的危机。所幸，很多人已从迷局之中幡然苏醒。当党中央高举“碳达峰”“碳中和”的大旗振臂一呼，各行各业便都开始积极调整发展战略，向着“绿”意盎然的未来大步迈进。

能源、环境与生态协同发展，构建和谐的人类命运共同体，这已成为当今社会发展的共识。但“山积而高，泽积而长”，推进能源革命与可持续发展、推进全球环境治理与保护等注定是一个个复杂工程和长期任务，不可能毕其功于一役，目标上要高瞻远瞩，策略上要抓大放小，执行上要行稳致远，各方持续协同努力，才有望大功告成。因此，在能源领域耕耘十余年，武汉理工大学土木工程与建筑学院教授明廷臻始终秉持少说多做的科研态度，以其团队多学科交融的互补优势，与工业界及国际团队联合，积极开展科技攻关。

明廷臻

目前，明廷臻已相继主持国家重点研发计划国际合作、国家自然科学基金、国防装备部预研基金、国防科工委预研基金、航空航天预研基金等重大科研课题30余项，在国内外学术期刊上公开发表论文170余篇，其中包含《科学引文索引》（sci）论文120余篇；以第一作者出版英文专著2部、中文独著1部，主编“十四五”普通高等教育本科系列教材和普通高校“十二五”规划教材各1部。另外，他与团队的研究成果两次写入联合国政府间气候变化专门委员会（ipcc）年度报告，并被认为是新兴负排放技术，其方案被3位诺贝尔奖得主在内的多名国内外顶尖专家评价为具有广泛适用性，其本人则连续3年入选斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单。面对如今能源行业的发展现状，他说：“能源革命已成为可持续发展的一条必由之路，‘碳中和’为我国未来40年发展奠定了正确的方向和基础，而我要做的，就是做好其中的‘螺丝钉’，在这条路上坚持奔跑下去。”

他山之石，可以攻玉

集百家所长，以期立一艺之大成。对科研热情饱满、好奇心强烈的明廷臻来说，其求学生涯概括起来正是如此。

工程热物理专业的博士研究经历为明廷臻的未来发展之路奠定了坚实的理论基础。“工程热物理专业主要研究工业过程能量传递与转换、新能源利用过程中的热质传递机制等基础科学问题”，该研究领域覆盖面非常广泛，使他有机会接触许多工程问题。博士后出站之后，他面临着具体方向的选择问题：“继续探索下去，大概可分成两个延伸方向：一类是继续深化对工程热物理领域基础理论的学习与理解，另一类则是能源应用与建筑环境相结合，该方向与人体的舒适体验和健康环境中的工程应用紧密结合并交叉了更多其他专业领域的基础科学问题，但仍需要依赖于工程热物理中的一些主要分析方法和关键技术。”犹豫不决之时，导师潘垣院士的叮咛点醒了他：“无论何时，所做的科研一定要与国家重大需求相结合、与人民生产和生活需要相结合。做学问既要高端大气，有自己的风骨；也要惠及民生，守护百姓的烟火气。”根据自身的知识结构和研究方向、以应用为导向开展基础与应用相结合的研究，明廷臻踏上了新的征程。

自留在母校任教以来，明廷臻心中求知的火种始终没有熄灭，他先后到访南洋理工大学，佛罗里达大学、北得克萨斯州大学、卡耐基梅隆大学、新加坡国立大学等国际知名高校，相继从事核电站热工水力学、自然喷发颗粒物的传播、零耗能建筑集成技术与应用、减缓全球气候变化及超稀薄大气碳捕集技术等研究工作。“虽然这些研究看起来差异较大，但万变不离其宗，我以往所学的基础理论、方法和手段仍在这些工作中得以延续，只是在不断融入着新的元素。”

几年的海外生活令明廷臻收获良多。回国后，他将所学的先进知识和技术手段融会贯通，与实际应用相结合，成功转化为一系列创新理论、方法和技术，其中包括：耗散最小化多场协同对流传热强化理论与方法、热电器件热—电—应力耦合理论与优化方法、高热流密度电子器件散热新技术、超稀薄大气非co₂温室气体的大规模捕集与降解新技术等。值得一提的是，关于多场协同对流传热强化理论与方法，明廷臻作为主要完成人荣获了国家自然科学奖二等奖。此外，他从学科交叉融合的科研实践中，总结出了“从工程上去发现问题，从理论上去分析问题，从技术上去解决问题”的行路方针。

他山之石，可以攻玉，目达耳通，开卷有益。当明廷臻回到国内，顺利加入武汉理工大学继续研究之际，他心中理想的坐标已然十分清晰——为碳中和事业贡献己力。

民生所指，心之所系

环境污染治理与每个人的日常生活都密切相关，明廷臻深谙此理。通勤路上，他总会路过学校西院与东院之间的交通转盘。“此交通转盘包围着一个文化广场，旁边道路上车水马龙，地下隧道还有交通干线，每逢傍晚文化广场就承载着许多居民活动，即使是雾霾天也会有人在那里跳舞健身，我常常为他们的健康担忧。”感性与理性并存，明廷臻的一颗赤子之心正是支持他坚守、攻关的动力源泉。他带领团队将目光聚焦至城市街谷尺度之上，主持了题为“复杂城市街谷环境污染物传播规律及多场协同机理”的国家自然科学基金项目。

能源与建筑环境实验室团队合影（前排居中为明廷臻）

随着我国城市化进程的快速推进，大城市人口剧增，城市建筑密度随之增长，交通系统也日益复杂。车水马龙的繁华背后，汽车尾气等污染物已显著超出城市大气污染物的控制标准，对街谷内行人和临街建筑居民的健康产生严重威胁。因此，相关污染物的传播机理及其策略研究刻不容缓，对保护我国城市居民健康、改善城市街谷微气候的风热环境和污染物排放具有重要的理论意义和应用价值。基于此，明廷臻团队基于多场协同的复杂城市街谷环境污染物传播规律及缓解策略开展理论和实验研究，建立了多种因素共同作用的污染物传播规律数学模型，发展了开敞空间“速度—温度—污染物浓度”的多场协同理论，借此理论评估强化传质效果。项目的开展为当前重污染的城市交通污染物造成的环境问题提供了缓解策略，未来还可能会为城市街道、高架桥及临街建筑的规划布局提供重要的理论指导。

明廷臻还透露，目前他的团队正在与由国内外多所高校和科研院所的学者组成的学术团队开展交流合作，共同攻关国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目，意在对大气中的超稀薄甲烷气体进行捕集和去除。相较于二氧化碳，甲烷在大气中的含量仅约其二百分之一，但温室效应威力却绝对不容小觑，“以20年尺度的数据来看，等量的甲烷对温室效应的贡献可达二氧化碳的约80倍。联合国政府间气候变化专门委员会（ipcc）白皮书的数据显示，若能有效去除大气中甲烷，则可能实现降温0.5℃的宏大目标”，明廷臻解释道。目前针对大气中温室气体的去除，并没有一套成熟方案，要么是能源消耗极大，治理过程产生的温室气体比收集的温室气体还要多，得不偿失；要么就是收集的温室气体无法有效实现低成本运输、储存或资源化利用。因此，开发一种近源性、小尺寸、分散化、低成本的持续零能耗甲烷捕集与去除系统，是明廷臻责无旁贷、同时刻不容缓的攻关目标，也是他希望能为民众谋取的下一份“福利”。在此项工作中，明廷臻正在尝试采用能源、环境、材料、化工、建筑的多学科交叉，探索宏观、介观、微观尺度研究的链接。

如今，环境保护协同能源革命的号角已经吹响，理想未至，道阻且长。毋庸置疑的是，迢迢征程之上，需要所有科研人勠力同心，人类才能稳步迈向“绿”意盎然的“远方”。执此思想，明廷臻已经开始有所行动：不仅更加严谨地记录科学研究的点点滴滴，他还十分重视我国“碳中和”技术的教育事业发展，身体力行地面向本科生开设“碳中和技术”公选课程，力求“从本科生抓起”广育人才，以本科教学驱动科学研究，进而逐步推广“碳中和”公共意识，为我国以“碳中和”为基础的跨学科交叉人才培养做前期探索。心中有“星空”，脚下有山河，即便前路荆棘丛生，明廷臻团队也将怀揣朴实而勤谨的科研态度，一步一个脚印地向着更美好的未来走去。

（稿件来源：《科学中国人》杂志）