《南海院士风采录》系列—岑可法(中国工程院院士、工程热物理专家)

来源:《南海院士风采录》 访问量:- 发布日期:2021-03-30 17:11:44

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  岑可法院士1935 年1 月15 日出生于广东省南海县九江镇南方乡(今佛山市南海区九江镇南方社区和儒林社区)。1956 年毕业于华东工学院动力系,1962 年毕业于苏联莫斯科包曼高等工业学院动力系,获副博士学位,1995年当选为中国工程院院士,浙江大学机械与能源工程学院院长,工程热物理和专家、能源环境工程专家,致力于煤炭分级利用多联产等前沿科学的研究,为我国新能源产业发展作出了突出贡献。

  

    让水煤浆像油一样燃烧?
    使有毒有害的洗煤泥成为电厂燃料?
    从废弃煤渣中提炼贵重金属,剩下的灰渣再做成水泥?
    生活垃圾也能转化成清洁能源?
    稻壳、秸秆也能制成燃气,用来发电?
    藻类也可以变成生物柴油?
    ……

  这些神似“魔术”的问题,让一个人整整着迷了一辈子,演绎了一辈子;他的这些看似“科幻”的愿景,给充满能源危机的世界带来了新的希望,新的生机。他,就是浙江大学机械与能源工程学院院长、中国工程院院士岑可法。

  50 年的科研生涯中,岑可法带领他的团队,将一个个“不可能”变成可能。下面,就让我们来认识一下这位可敬可亲的科学家。也许,通过他,你会认识一个以前完全陌生的能源世界;通过他,你会看到了能源世界神奇“魔术”的浪漫与精彩;通过他,你会发现这位能源世界的“魔术师”所经历的曲折与艰辛……


◆ 魔术棒的秘密

  50 多年前,岑可法以优异的成绩毕业于华中工学院(现华中科技大学) 并被选送到苏联留学。在专业选择上他毅然选择了当时的冷门学科——煤的燃烧。出国前,留学专业选择指导教授、“中国力学之父”钱伟长问他:你为什么不选择火箭制造、核潜艇等尖端学科,而选择了这个在一般人看来又脏又不起眼的专业?岑可法答道:“中国是产煤大国,煤是关系国计民生的大事。我们不可能每个人都去学习火箭、飞机,还需要更多人去学习国家所需要的基础工业。”听了岑可法的回答,钱伟长赞许地笑了,并握着他的手说,“这个专业很需要,我全力支持你。”当时,也许谁也不会想到,这位普普通通的壮志少年,将把自己后半生的精力和心血全部“燃烧”到这个事业中,并在这个领域做出非凡的成就。

  1935 年1 月15 日,岑可法出生在广东省南海县九江镇南方乡(今佛山市南海区九江镇南方社区和儒林社区)一个知识分子家庭。南海九江素有儒林之乡的美誉,岑可法的父亲岑藻芬早年留学法国,是清末民初放眼看世界的有识学者,学成回乡时,当时地方政府还为其举行隆重的仪式——走“三元桥”,以彰显其才学地位,并张扬儒林之乡崇尚教育的风尚。

  岑可法出生不久抗日战争爆发,因为父亲是大学教师,全家不得不经常和学校师生一起逃难,辗转澳门、韶关、乐昌、连县等地。岑可法的童年是在颠沛流离中度过的,没有念过完整的小学,识文断字也是在逃难途中由父亲的学生们点点滴滴教会的。作为家中的男孩,小小年纪,岑可法就知道路上要照顾好自己,不给大人们添麻烦。有一次,一连饿了三天的岑可法万般无奈,只好夜半敲农户的门,好心的村民给了他一碗有了馊味的饭菜,即使是这样的食物在他看来也是佳肴美味。动荡年代的童年少了一份无忧无虑的童趣,然而却多了一份历练,正因为品尝过饥饿、贫困与动荡,岑可法倍加珍惜学习的机会,也培养了他忧国忧民的情怀、踏实苦干的作风和团结协作的精神。

  学生时期的他思维活跃,勤于思考,求知若渴。小学时就喜欢到街边的书摊看书,上中学后对理科特别偏爱,对自然界的现象十分感兴趣,比如天空为什么是蓝色的?为什么水的颜色是这样的?等等,同时他也很酷爱体育,足球、排球、篮球、游泳都很擅长,对桥牌、麻将也很精通。在中山大学附中念书时,他在班里办起了“为什么”小专栏,向同学们提出许多在科学技术方面的“为什么”,为寻找问题的答案,他经常到图书馆查资料,向别人请教。岑院士回忆说,这种对普遍现象的思考,培养了他从寻常事物中发现问题的能力,并养成了思考的好习惯,这对以后从事科研工作有很大帮助和启发。

  岑可法也有自己的偶像——“中国的保尔·柯察金”吴运铎。这位战争时期革命根据地兵工事业的开拓者,在生产与研制武器弹药中,失去了左眼,左手、右腿致残,但仍以顽强毅力坚持战斗在生产第一线。20 世纪50 年代,吴运铎的自传体小说《把一切献给党》出版,这本书深深影响了正读大学的岑可法。在后来的人生道路上,无论是宿于猪圈旁,还是蜗居斗室,吴运铎都是他心中的一盏明灯。

  科学无国界,而科学家有国籍。岑可法深知出国留学的机会来之不易,学好本领是祖国赋予他的使命。学成之后,岑可法乘坐了七天七夜火车,怀着一腔报国的热忱回到祖国,选择了当时条件还比较艰苦的浙江大学,开始了能源与环境的研究工作。

  让煤像油一样燃烧、垃圾变成能源、稻壳也能发电、藻变身生物柴油……50 年来,岑可法及其团队像变魔术一样把一个个梦想变成现实。一个个的科研课题,在外行人看来它们是那样的风马牛不相及,然而岑可法却从中找到它们的内部联系,“化腐朽为神奇”。岑可法和他的团队是如何找寻到源源不断的新课题的呢?对于记者的提问,岑可法的回答一语中的:“国家和人民的重大需求,就是我的立身之本。”简单的一句话,与50 多年前那句“中国是产煤大国,煤是关系国计民生的大事”同出一辙。祖国和人民的需要在哪里,“魔术师”手中的“魔术棒”就指向哪里——这就是这位神奇“魔术师”的赤子之心。


◆ 点“煤”成金

  位于西樵山脚下的南海电厂是目前世界上最大的全烧水煤浆电厂,它所采用的是一种叫“水煤浆”的技术。所谓“水煤浆”,是由一定量的煤炭加添加剂,加水配比出来的,不含一滴油,却能代油。我们常说“水火不容”,但在南海电厂,我们分明看到水可以像油一样燃烧,而这一奇迹的创造者正是从南海西樵山下走出去的科学家岑可法。

  岑可法常常苦思冥想:从世界上看,凡是产油的国家都富得冒油,而产煤的国家不见得个个富裕。我国油的蕴藏量不多,而煤的蕴藏量可以用几百年。虽然我国煤的产量世界第一,但煤炭产生的经济价值却很低。这是为什么呢?产煤大国何时也能像产油国一样富裕呢?经过多年的研究,他觉得应该从煤的综合利用上着手,不能把挖出来的煤作为普通燃料烧掉,而要“分级利用,多级联产”。石油之所以成为高品位的资源,不仅是它可以做燃料,更重要的是它可以通过石化工业的二次加工生产出品种繁多的工业产品及生活用品,故其产生的价值远高于煤炭。

  上世纪70 年代,中国原油紧张,国家亟须找到一种替代油的能源,岑可法就在煤炭身上打起了主意。有一次,岑可法随一个科学代表团到美国访问,几个搞能源的美国科学家,掏出一小袋黑色泥浆似的东西,得意地对中国科学家们说:“我们已经搞出了‘水煤浆’,可以100%代替油。”并开价几千万元要中国人买他们的成果。美国人的神态和开价深深刺激了岑可法。

  回国后岑可法就向国家提出了要攻克水煤浆代油的难关。为了搞研究,岑可法把一切家务都抛给夫人沈珞婵。有一天,岑可法从鞍钢深夜回到杭州,他使劲敲着家门,直到吵醒邻居。邻居惊奇地问:“你家早已搬走了,你怎么忘了?”邻居哪里知道,为了研究,他压根儿就忘了家在哪里。

  1982 年,水煤浆在浙大试验成功。现在,水煤浆技术已广泛应用于发电厂工业锅炉。前面提到的在西樵山下建成的广东南海电厂,是目前世界上最大且全烧水煤浆的电厂。与用油发电相比,采用水煤浆发电费用要节省一半以上,而且燃烧产生的二氧化硫少,对环境污染少。在20 世纪80—90 年代,水煤浆技术每年为国家节约替代燃油250万吨,相当于节省人民币50亿元。

  乌黑的煤炭从地下近600米的深处挖出来,入厂前要先经“洗煤”环节,但“洗煤”一关往往产生大量乌黑的洗煤水,这些水流进河流,鱼虾死了;流进稻田,水稻蔫了……对此,岑可法看在眼里,疼在心里:“这样既浪费,又污染环境!”1980 年开始,岑可法和他的团队,日夜研究、解决洗煤环节的污染症结,试验种种对策,终于发明了“异重流化床”技术,让洗煤泥也可以发电,不但大大提高了煤炭燃烧效率,也大大降低了污染。

  马路上,工人铺上一层黑煤渣,压路机来回碾压,阵阵热气冒出。不久,软软的废渣就变成坚硬的路面。对此,岑可法则流露出惋惜的神情:“煤渣铺马路,太可惜了!”有人不解:一吨煤渣,市场价才数十元,有何可惜?岑可法解释:“煤渣是宝啊!常含有铝、铁和钒等稀有金属,100 吨煤渣中仅钒金属就能提炼出1 吨,而1 吨钒,目前市场价为8 万至10 万元人民币。”于是,岑可法开始了对煤渣的研究,从灰渣中提取锂、钒等贵重金属,废渣则制成水泥……

  有人算过这样一笔账:一吨煤经过开采、洗选、运输和转化,最终利用的只达145 公斤,而被蒸发的却达845 公斤,占了八成以上。岑可法语重心长地说:“如果煤的利用都能做到多联产,煤的产值就会很高,产煤大国就不会那么穷了。”为了实现这个目标,岑可法倾尽心血。经过30 年的努力,他和他的团队率先提出的九联产技术路线,实现了发电、供热、供冷、水泥、提取稀有金属、燃气等的联产技术。现在,煤的九联产技术已开花结果,根据不同环节的要求,分别建成了不同类型的示范工程,在煤的清洁、高效利用上,走出了一条中国特色之路。从此,煤变身为“黑钻石”,不再是简单地作为生活燃料一把火烧了。


◆ 化腐朽为神奇

  让我们来看看几年前的三组数字:上海每天产生生活垃圾约12000 吨,北京每天产生8000 吨至9000 吨,杭州每天也有2200 吨左右,据航空遥感所测,北京附近堆放的垃圾占地已达1250 万平方米,成了座座垃圾山;2007 年,我国人均发电量只相当于美国的1/5、日本的1/3;预计到2020 年,中国要增加6 个大庆才能满足石油需求,要增加4.3座三峡水电站才能满足水电需要……

  一方面是垃圾快无“位置”可放了,另一方面是电力资源的严重不足。岑可法一直坚信——“废物,只是放错了位置的资源”。所以在完成了“点煤成金”之后,他又一头钻进了“变废为宝”的科研迷宫。

  目前,国际上城市垃圾处理主要采取的是填埋、堆肥及焚烧三种方法。我国目前普遍采用的还是直接填埋法。近年来,采用焚烧方法处理城市生活垃圾已经渐渐成为一种主流,就是将垃圾置于高温炉中,使其中可燃成分充分氧化,产生的热量用于发电和供暖。在瑞士、丹麦和日本,采用这一方法的比例占了70%以上,在法国也占了30%,而在我国只占10%。这其中一个很大的原因是,我国的城市垃圾未经过分拣,成分复杂、热值低、水分高,国外较为成熟的焚烧技术在我国不适用。

  岑可法带领科研团队针对中国城市生活垃圾的特性,在多年研究洗煤泥、湖泊污泥等废弃物利用的基础上,终于研究开发出被誉为当今世界五大主流焚烧技术之一的“异重流化床垃圾焚烧集成技术”,不但解决了采用进口技术的焚烧炉“水土不服”问题,而且同等规模的国产化设备,比进口技术设备的投资至少可减少一半。

  岑可法认为,虽然城镇生活垃圾是一种低品位的能源,但仅2007 年全年的城市垃圾产量所含的能量就相当于2000 多万吨的标准煤。我国目前每6 吨生活垃圾就蕴含1吨标准煤的热值,随着社会的发展,垃圾热值还将进一步提高。就像神奇“魔术”,岑可法院士及其团队的变废为宝之术,给国家和社会创造了多么巨大的财富!

  “我国电力能源需求巨大,生物质能源可以再生,是人类未来获得电能的重要方向之一。”进入新世纪,岑可法及其团队在开展煤等化石燃料的高效清洁利用研究的同时,又把目光瞄准未来国际能源发展的方向,开展了生物质能和太阳能等可再生能源的研究开发。

  我国的生物质资源非常丰富,具有很大的开发潜力。目前农村里的农作物秸秆大部分被直接作为燃料掉烧或废弃,不仅造成能源浪费,而且污染环境。能否将秸秆进行开发利用,使其成为有用的能源?岑可法率领他的团队着手开展秸秆直接燃烧发电的研究,到目前为止,他们通过三个途径,终于让稻草也变成“金子”:一是改变炉型,采用循环流化床,再次破解了国外技术“水土不服”的难题,通过自主技术将秸秆直接燃烧发电;二是将秸秆做成液体燃料,使它们能像乙醇、重油、柴油那样燃烧;三是生物质气化,把柴草、树叶、农作物秸秆等进行热裂解生成可燃性混合气体,直接供农村居民生产、生活之用。

  为了开发新的能源,岑可法及其团队还向藻类开发进军。他认为,“每克干掉的藻类中,含有0.5 克的油。”他们发明了一种新技术,能击破藻类细胞壁,提炼藻类中的油。如今,岑可法又指导年轻科学家研究藻类变成生物柴油的尖端技术。2012 年,“微藻能源”项目被纳入“985”新一期重大研究计划,这是为解决石油危机布下的一枚长远发展的棋子。


◆ “魔术师”的魔力

  让我们先听听学者罗坤的“追星”故事:

  “我本科是在外校读的,读研时老师向我推荐了岑可法教授,我就来了。”2007 年至2009 年,罗坤在斯坦福大学当访问学者,留在国外的机会很多,“但岑老师的吸引力更大,所以拼命想回到团队中来”——这就是罗坤的“追星”史。而在浙江大学热能工程研究所,很多人都有过这样的“追星”史,他们追的“星”就是岑可法。浙江大学热能工程研究所至今约30 位学者前往大洋彼岸深造。几乎所有人在学成后都重回母校。吸引这些年轻人“回归”的是岑可法的超强“魔法”和人格魅力。

  上世纪60 年代初,学成归来的岑可法面临两种选择:一是独立开展一个方向的研究,独当一面;二是给陈运铣(当时的浙江大学工程热物理学科最早的负责人) 当助手。浙大党委书记、校长都来征求他的意见,由他自己选择。岑可法最后选择给陈运铣当助手,这在当时回国留学生中很少见。他对校领导说:“重工业行业靠一两个人是搞不好的,要靠群体的力量,我愿意当陈老师的助手,一起把学科搞上去。”就这样,岑可法给陈运铣当了20 多年助手,一直到1983 年陈运铣教授去世。在50 年的科研生涯中,他带领他的团队孜孜不倦追求创新,如今,年近八旬的他依旧经常和年轻人一起出差,一起熬夜,一起在科研一线“燃烧”。“客观上年纪大,心态上年轻化”是岑院士对自我的形象评价。

  在学生和同事的眼中,岑可法院士是一个紧跟时代要求、重视队伍建设、强调团队精神的人,他经常说,“当今世界像爱迪生、牛顿那样,靠个人奋斗成功的科学时代已经结束,创造新的科学奇迹需要跨学科人才的复合与凝聚。”正是基于这样的观念,岑可法探索出一条培养高层次人才的方法:即“教授组—博士生—硕士生—本科生梯形机制”。在培养高水平优秀工学博士方面,他成功地探索出“导师群体培养”的创新之路。在这些创新模式的驱动下,以岑可法为首的导师团队已先后培养出了包括5 位“长江学者”、2 位国家“973”项目首席科学家在内的20 余位国家级高层次科学人才。他带领的团队多次获国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科技进步奖。他本人也获得国家级有突出贡献的中青年专家、全国先进科技工作者、五一劳动奖章、全国优秀教师奖章、浙江省劳动模范、香港柏宁顿(中国) 教育基金会第二届孺子牛金球奖、何梁何利科学奖、浙江省科学技术重大贡献奖等荣誉称号。在他75 岁生日的时候,还将自己多年积蓄的350 万元捐献给浙江大学,设立岑可法教育基金,支持学生成长成才。“他自己也就像煤粉,燃烧自己,照亮别人。”这是他的学生们对他的评价。

  1995 年,岑可法当选中国工程院院士,作为科研团队的领跑者和多项自主知识产权的科研负责人,岑可法让能源的清洁利用这个原来比较冷门的学科变成当今炙手可热的实用科技,通过数十年的实践推动,实现了煤的高效利用,并自主研发出生活垃圾发电技术,化石燃料的能源高效清洁利用、废弃物资源化利用、生物质能利用等领域取得重大成果,他带领团队在能源科技发展中,写下令人惊叹的符号。


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