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從事城市固廢處置與資源化、行業碳減排系統工程研究,清華大學教授溫宗國——

科學研究就是要奔著問題去(科技視點·科技自立自強 青年奮勇擔當③)

本報記者 谷業凱
2022年12月19日09:59 | 來源:人民網-《人民日報》
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  溫宗國在實驗室分析污染物組成和來源。
  孫 波攝

  人物簡介:

  溫宗國,1978年出生,1995年至2005年在清華大學環境科學與工程系學習,獲得工學學士、碩士和博士學位,現為環境學院長聘教授、博士生導師,清華大學環境學院循環經濟產業研究中心主任、工業節能與綠色發展評價中心主任。主要從事城市固廢處置與資源化、行業碳減排系統工程研究,主持國家課題20多項,成果獲國家科技進步獎二等獎。

  

  近年來,我國生態文明建設大力推進,環境科學與工程學科迅速發展,成為多學科綜合交叉的結合點和協同創新的前沿。一批青年科研人員矢志不渝、持續創新,正在把我國環境科學與工程研究不斷推向更高水平。

  溫宗國是這一領域青年學者中的佼佼者。

  把科學研究與國家需求真正結合到一起

  每次點外賣,清華大學環境學院博士生張宇婷都會格外留心包裝材料。從2017年開始,她就和導師溫宗國一起,嘗試從3500萬份外賣訂單中,分析外賣包裝的材料組成和環境影響。

  這是溫宗國所從事研究的一個典型案例。“塑料廢物管理是當前世界面臨的重要環境問題之一,厘清塑料包裝代謝機理,識別材料回收替代路徑,是推動綠色低碳包裝、控制環境泄漏率的一個基礎性科學問題。”溫宗國說。

  針對10多種細分包裝材料,建立本地化環境影響科學數據,進行支撐綠色低碳包裝的生態設計﹔開展萬余次實証檢測,精准刻畫城市級500米網格化廢棄規律﹔應用高清攝像和光譜圖像識別算法,開發塑料包裝廢物智能化分選技術……小小的外賣包裝廢棄物,就這樣被溫宗國“吃干榨淨”,變成極具研究價值的課題方向。

  溫宗國說:“從根本上來講,環境科學與工程是典型的問題導向學科。因為人類活動會在環境中產生各種廢棄物,未經處理就構成了問題,對經濟社會發展又會產生各種影響。我們作為科研人員,研究就是要奔著解決問題去。”

  1995年,17歲的溫宗國考入清華大學,開啟了他的學習、科研之路。在清華,他得到了專業的學習和鍛煉,並在導師的帶領下逐漸接觸到環境系統工程的學術前沿,對城市固廢資源化與循環經濟、行業碳減排系統模擬與工程應用產生了濃厚的興趣。讀博期間,他開發了系統動力學模型,探索經濟社會活動與資源消耗、污染排放的演變規律。同時,他開始關注城市循環經濟這一當時前沿的研究方向。

  2007年,溫宗國留校工作。從學生到教師,溫宗國開始深入思考如何把“象牙塔”裡的科學研究與國家、行業的需求真正結合到一起。當時,從國家到地方,對循環經濟日益重視,但是循環經濟怎麼搞,國內沒有現成的模式可供借鑒。

  后來,溫宗國參與了國內首個城市循環經濟國家科技支撐計劃項目。“這個項目的核心問題,是解決城市對資源的消耗如何與經濟社會發展實現‘解耦’的問題。換句話說,就是城市經濟社會的發展怎麼能夠不建立在資源密集型的方式上。”溫宗國說。

  在項目所在地江蘇蘇州,溫宗國經常一待就是一個多月。在與地方政府和企業的溝通交流過程中,他深感當時城市發展循環經濟大多著眼於孤立分散的單項技術,系統集成化技術供給不足。抓住這些薄弱環節,溫宗國提出了城市循環經濟系統集成共性方法,助力完成蘇州市循環經濟規劃的修編。

  溫宗國說:“我們首先建立一個能夠把城市物質代謝進行精細化模擬的模型,通過物聯網、互聯網等智慧化手段實現城市廢棄物的回收,再用循環利用的技術把其中的資源清潔高效地提取出來,包括稀貴金屬、高分子材料和有機質等。”

  這一前瞻性項目所形成的經驗、標准、管理辦法,在全國進行了推廣。2016年,“城市循環經濟發展共性技術開發與應用研究”獲國家科技進步獎二等獎。

  堅持基礎研究與工程開發“兩條腿走路”

  在河北武安市新峰水泥廠,生活垃圾融入工業生產環節:所有運至車間的生活垃圾首先會經過一次初級破碎,之后會通過特殊的磁選裝置分離金屬物質,再進入滾筒篩進行初次篩分﹔第二輪更精細的篩分借助定量的風速,將較輕的垃圾篩出﹔篩上物還要經過兩次破碎程序,將其體積控制在25毫米以下﹔旋轉窯中封閉化高溫焚燒后,壓縮的垃圾篩下物和篩上物會被轉運到6公裡外的水泥廠區作深度處理,其中篩上物將會成為制作水泥的燃料,而篩下物則直接作為制作水泥的原料……

  這套工藝流程既為企業提供了廉價的原料和燃料,降低了生產成本,也讓垃圾變廢為寶,真正實現了循環利用。目前,這套工藝包及裝備已在25條生產線應用,並實現了成套出口。

  這套裝備的成功研發,與溫宗國的努力分不開。從事環境科學與工程研究伊始,他就堅持基礎研究與工程開發“兩條腿走路”,利用數值模擬和人工智能等先進方法,研制出廢棄物協同處置和資源化開發相關的工藝和裝備。

  “如果單純應用一項技術,它隻能在某一個點上起作用。我們一定要樹立系統思維,把基礎研究、工程開發、管理手段結合起來解決實際問題。”溫宗國說。

  科技進步帶來了環境管理手段的創新。溫宗國很早就關注互聯網、大數據與環境管理的融合。

  比如,在垃圾智能分類回收及時空代謝模擬方面,他通過研究圖像光學識別的深度學習算法,開發垃圾智能分揀系統和視覺人工智能機器人,實現了再生資源高效分類,並基於海量交易信息大數據技術建立“互聯網+回收”平台。

  溫宗國認為,目前國際上環境科學與工程研究進一步呈現“高精尖”的趨勢,特別是“雙碳”目標提出后,各領域都在進行綠色化的轉型升級。“從產品的生態設計,到廢棄物、各種資源的回收再利用,環境科學與工程的交叉性越來越強。”

  做科研,堅持比天賦更重要

  溫宗國認為,做科研,堅持比天賦更重要。

  十幾年前,環境科學與工程學科算不上熱門,溫宗國一度感受到明顯的落差感。

  “項目少,成果出得慢,評職稱自然沒有優勢,當時我的壓力也不小。”溫宗國坦陳,“搞科研需要堅守,隻要自己有興趣,相信自己做的方向是正確的,每天都會保持著對研究的熱情投入。”2010年前后,溫宗國研究方向上的科技項目逐漸多了起來。正是依靠長期的堅持和積累,他迅速將研究心得運用到新的項目中,收獲了豐富的研究成果。

  多年來,溫宗國一直活躍在本科生、研究生教學工作的一線,為環境學科培育人才。“培養學生要肯花時間。比如中午吃飯,我有時會拉著他們一塊去。我們還有定期的課題組會,我會經常拿自己作例子,跟學生講自己當年是怎麼讀碩士、博士研究生的。講經驗和心得之外,更多的是分享自己在科研上有過的教訓。”溫宗國說,“學生們很有創造力。培養學生的過程中要尊重他們的興趣、愛好,一旦有了興趣,他們就會堅持、就會投入。”

  平日裡工作雖忙,溫宗國還是會堅持每周打1到2次羽毛球,這是他從讀書時就有的愛好,甚至在學校的比賽中拿到過不錯的名次。

  “搞研究要有忘我的狀態,但是高強度的投入也要有健康的身體做基礎。”溫宗國微笑著說。


  《 人民日報 》( 2022年12月19日 17 版)
(責編:段思齊、桑莉媛)

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