何鑫:把握机遇 燃烧未来

来源:中国科学报 2014-1-1 白文龙

  2009年12月,远在美国能源部国家可再生能源实验室任高级工程师的何鑫也在关注哥本哈根气候大会。

  “中国温室气体排放量超过美国,成为世界第一位”,听到这样的内容,离家出国近十年的他心里很不是滋味。经济上的迅速崛起,却在环境和能源上付出了巨大的代价。何鑫明白这是一个发展中国家在壮大的过程中不可规避的问题,只是当这个主体是中国时,情感到底还是占了上风。

  同一年,哥本哈根气候大会之前,中国政府宣布控制温室气体排放的行动目标,到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。

  说出去的话,泼出去的水。减排目标喊了出来,自然就收不回去。能做的,自然就是减排。在何鑫看来,当时的中国是发现了问题,也真诚地想要解决问题,然而在发展低碳的道路上也面临着挑战,包括技术。检点了一下自己在燃烧、内燃机、可再生能源领域的工作,何鑫决定寻找机会回国。“我后来一直在做发动机、内燃机方面的研究,也知道国内的汽车行业发展很快。当国家想要在减排上加大力度时,回国当然是最好的选择。不仅因为义务和责任,也因为国内更能够让我学有所用,大展拳脚。”

  2011年初,国家第一批“青年千人”计划正式启动。何鑫搭上了这股“东风”,并在2012年8月回到母校清华大学,任汽车工程系/燃烧能源中心特别研究员。

  回国后,何鑫对研究方向做了清晰的规划,其中之一便是燃料基础化学反应动力学研究。“燃烧过程是非常复杂的。比如说,一个简单的氢气燃烧,你可能觉得氢气加上氧气不就生成水了么,其实这个过程可能要经过四五十个基元反应步骤,甚至牵扯到更复杂的反应。如果燃料是汽油,它本身就有成百上千个组分,燃烧过程中涉及的反应可能就是上万种。”何鑫说。从燃料放到发动机里去烧,一直到产生污染物排放,要减排,就要弄清污染物产生的原因,对燃烧过程进行极细致的分析。何鑫的快速压缩机实验平台就是为研究这个中间过程而设计的。

  内行人看门道。何鑫的研究自然有他的出发点。以当前的国情来看,汽车发动机以汽油机为主,重型卡车以柴油机为主,它们各有其优缺点。何鑫对内燃机发展方向进行分析后,希望能扬长避短,结合二者优势,开发出既可提高效率,也能降低污染物排放的燃烧新概念。“我们把这种概念叫做低温燃烧”,何鑫细心解释,“汽油机里靠火花塞点火触发燃烧,燃烧过程受控于火焰传播速度。柴油机通过控制喷油时间来控制着火时间。低温燃烧发动机里一个较大的特点就是,着火时刻和燃烧过程与燃料的化学反应直接相关。所以,必须很精确、具体地去了解燃料燃烧化学过程,通过其他一些途径来改变化学反应过程,从而达到精确控制低温燃烧发动机着火时间和燃烧的目的。”由于该项研究可以有效地对发动机燃烧过程控制提供必要的理论和实验支持,对汽车内燃机、航空航天发动机等的改进具有直接的应用价值。

  何鑫在低温燃烧上的研究,早在美国通用汽车公司任职期间便开始了。当时,他曾在美国能源部资助下,主持通用公司柴油机高效清洁燃烧技术的研发,并参与美国能源部及国家生物柴油委员会等多个项目的研究,对于生物质燃料燃烧研究颇有心得。他也希望将生物质燃料燃烧的研发经验在国内继续发扬,开发出适合中国特色的新技术。

  “中国特色”,这也是何鑫回国以后想的最多的问题。毕竟,科研无国界,实际应用的国情却是不同的。技术上的求同存异就成为必然。就算在博士期间建立的快速压缩机实验平台至今还被密歇根大学应用,对于在清华重建该平台,他还是不敢马虎,进行了许多有针对性的改进,努力向世界先进水平靠近。

  美国自然科学基金“生物质燃料燃烧”项目会评专家,美国能源部高级能源研究项目评审专家,2011年获美国能源部国家可再生能源实验室“President’s Award”得主……对何鑫来说,过去的成绩和身份都已烟消云散。现在,他的团队雏形已现,实验平台也已投入使用,还有无尽的研究和大好的未来等着他去燃烧热情,勤恳开拓。

2014年01月02日 14:55:45  清华新闻网

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