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从事城市固废处置与资源化、行业碳减排系统工程研究,清华大学教授温宗国——科学研究就是要奔着问题去

2023-06-21 | 谷业凯 | 来源 《人民日报》2022年12月19日 |

人物简介:

温宗国,1978年出生,1995年至2005年在清华大学环境科学与工程系学习,获得工学学士、硕士和博士学位,现为环境学院长聘教授、博士生导师,清华大学环境学院循环经济产业研究中心主任、工业节能与绿色发展评价中心主任。主要从事城市固废处置与资源化、行业碳减排系统工程研究,主持国家课题20多项,成果获国家科技进步奖二等奖。

温宗国在实验室分析污染物组成和来源。孙波 摄

近年来,我国生态文明建设大力推进,环境科学与工程学科迅速发展,成为多学科综合交叉的结合点和协同创新的前沿。一批青年科研人员矢志不渝、持续创新,正在把我国环境科学与工程研究不断推向更高水平。

温宗国是这一领域青年学者中的佼佼者。

把科学研究与国家需求真正结合到一起

每次点外卖,清华大学环境学院博士生张宇婷都会格外留心包装材料。从2017年开始,她就和导师温宗国一起,尝试从3500万份外卖订单中,分析外卖包装的材料组成和环境影响。

这是温宗国所从事研究的一个典型案例。“塑料废物管理是当前世界面临的重要环境问题之一,厘清塑料包装代谢机理,识别材料回收替代路径,是推动绿色低碳包装、控制环境泄漏率的一个基础性科学问题。”温宗国说。

针对10多种细分包装材料,建立本地化环境影响科学数据,进行支撑绿色低碳包装的生态设计;开展万余次实证检测,精准刻画城市级500米网格化废弃规律;应用高清摄像和光谱图像识别算法,开发塑料包装废物智能化分选技术……小小的外卖包装废弃物,就这样被温宗国吃干榨净,变成极具研究价值的课题方向。

温宗国说:“从根本上来讲,环境科学与工程是典型的问题导向学科。因为人类活动会在环境中产生各种废弃物,未经处理就构成了问题,对经济社会发展又会产生各种影响。我们作为科研人员,研究就是要奔着解决问题去。”

1995年,17岁的温宗国考入清华大学,开启了他的学习、科研之路。在清华,他得到了专业的学习和锻炼,并在导师的带领下逐渐接触到环境系统工程的学术前沿,对城市固废资源化与循环经济、行业碳减排系统模拟与工程应用产生了浓厚的兴趣。读博期间,他开发了系统动力学模型,探索经济社会活动与资源消耗、污染排放的演变规律。同时,他开始关注城市循环经济这一当时前沿的研究方向。

2007年,温宗国留校工作。从学生到教师,温宗国开始深入思考如何把象牙塔里的科学研究与国家、行业的需求真正结合到一起。当时,从国家到地方,对循环经济日益重视,但是循环经济怎么搞,国内没有现成的模式可供借鉴。

后来,温宗国参与了国内首个城市循环经济国家科技支撑计划项目。“这个项目的核心问题,是解决城市对资源的消耗如何与经济社会发展实现‘解耦’的问题。换句话说,就是城市经济社会的发展怎么能够不建立在资源密集型的方式上。”温宗国说。

在项目所在地江苏苏州,温宗国经常一待就是一个多月。在与地方政府和企业的沟通交流过程中,他深感当时城市发展循环经济大多着眼于孤立分散的单项技术,系统集成化技术供给不足。抓住这些薄弱环节,温宗国提出了城市循环经济系统集成共性方法,助力完成苏州市循环经济规划的修编。

温宗国说:“我们首先建立一个能够把城市物质代谢进行精细化模拟的模型,通过物联网、互联网等智慧化手段实现城市废弃物的回收,再用循环利用的技术把其中的资源清洁高效地提取出来,包括稀贵金属、高分子材料和有机质等。”

这一前瞻性项目所形成的经验、标准、管理办法,在全国进行了推广。2016年,城市循环经济发展共性技术开发与应用研究获国家科技进步奖二等奖。

坚持基础研究与工程开发“两条腿走路”

在河北武安市新峰水泥厂,生活垃圾融入工业生产环节:所有运至车间的生活垃圾首先会经过一次初级破碎,之后会通过特殊的磁选装置分离金属物质,再进入滚筒筛进行初次筛分;第二轮更精细的筛分借助定量的风速,将较轻的垃圾筛出;筛上物还要经过两次破碎程序,将其体积控制在25毫米以下;旋转窑中封闭化高温焚烧后,压缩的垃圾筛下物和筛上物会被转运到6公里外的水泥厂区作深度处理,其中筛上物将会成为制作水泥的燃料,而筛下物则直接作为制作水泥的原料……

这套工艺流程既为企业提供了廉价的原料和燃料,降低了生产成本,也让垃圾变废为宝,真正实现了循环利用。目前,这套工艺包及装备已在25条生产线应用,并实现了成套出口。

这套装备的成功研发,与温宗国的努力分不开。从事环境科学与工程研究伊始,他就坚持基础研究与工程开发“两条腿走路”,利用数值模拟和人工智能等先进方法,研制出废弃物协同处置和资源化开发相关的工艺和装备。

“如果单纯应用一项技术,它只能在某一个点上起作用。我们一定要树立系统思维,把基础研究、工程开发、管理手段结合起来解决实际问题。”温宗国说。

科技进步带来了环境管理手段的创新。温宗国很早就关注互联网、大数据与环境管理的融合。

比如,在垃圾智能分类回收及时空代谢模拟方面,他通过研究图像光学识别的深度学习算法,开发垃圾智能分拣系统和视觉人工智能机器人,实现了再生资源高效分类,并基于海量交易信息大数据技术建立“互联网+回收平台。

温宗国认为,目前国际上环境科学与工程研究进一步呈现“高精尖”的趋势,特别是“双碳”目标提出后,各领域都在进行绿色化的转型升级。“从产品的生态设计,到废弃物、各种资源的回收再利用,环境科学与工程的交叉性越来越强。”

做科研,坚持比天赋更重要

温宗国认为,做科研,坚持比天赋更重要。

十几年前,环境科学与工程学科算不上热门,温宗国一度感受到明显的落差感。

“项目少,成果出得慢,评职称自然没有优势,当时我的压力也不小。”温宗国坦陈,“搞科研需要坚守,只要自己有兴趣,相信自己做的方向是正确的,每天都会保持着对研究的热情投入。”2010年前后,温宗国研究方向上的科技项目逐渐多了起来。正是依靠长期的坚持和积累,他迅速将研究心得运用到新的项目中,收获了丰富的研究成果。

多年来,温宗国一直活跃在本科生、研究生教学工作的一线,为环境学科培育人才。“培养学生要肯花时间。比如中午吃饭,我有时会拉着他们一块去。我们还有定期的课题组会,我会经常拿自己作例子,跟学生讲自己当年是怎么读硕士、博士研究生的。讲经验和心得之外,更多的是分享自己在科研上有过的教训。”温宗国说,“学生们很有创造力。培养学生的过程中要尊重他们的兴趣、爱好,一旦有了兴趣,他们就会坚持、就会投入。”

平日里工作虽忙,温宗国还是会坚持每周打12次羽毛球,这是他从读书时就有的爱好,甚至在学校的比赛中拿到过不错的名次。

“搞研究要有忘我的状态,但是高强度的投入也要有健康的身体做基础。”温宗国微笑着说。



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