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探索“纳米地球” 开启能源世界

访中国科学院大学长聘教授、博士生导师琚宜文

夏天    2020-07-01 18:29:36   

地球科学以经历了约46亿年演化的地球为研究对象,形成了庞大而复杂的科学体系,也吸引了无数的科学家纷至沓来,来自中国科学院大学地球与行星科学学院的琚宜文教授就是其中的一员。

 

 

探索纳米地学

“中国梦的实现,离不开创新。”正是这样的认知,让琚宜文教授在求新求异中突破传统,“纳米科技的发展,将促使地球科学产生革命性的变化。”从此,纳米地学,就成为琚宜文教授的研究方向,作为先行者和探路人,琚宜文教授始终兢兢业业,而这样的付出,只愿“为纳米地球科学的兴起与发展做些什么?”

“当代的地球科学已经进入到了纳米时代,既有全新的发展机遇,又面临着革命性的挑战。”琚宜文教授对纳米地球科学进行了深入的探索,对科研方向有了极为清晰的认知,他以纳米科技与地球科学为依托,运用纳米技术与地学工具,对地球不同圈层中已知或有待探知的纳米颗粒和纳米孔隙进行深入研究,揭示地球物质演化过程中纳米尺度信息与地学现象关系及其成因规律。由此,逐步揭开了纳米地球科学的神秘面纱。

2013年,琚宜文教授与纳米地学正式“握手”,同一年,他在北京举办以“纳米地质学及纳米成藏成矿前沿科学问题”为主题的香山科学会议上,做了主题评述报告,总结了纳米地质学的研究进展,归纳和凝练了该领域的重大和前沿科学问题,深入探讨了纳米地质学未来的发展趋势。

六年的时间匆匆而过,琚宜文教授仍在为纳米地球科学的发展不停奔走,“只有看到了纳米地球科学的发展潜力,纳米地球科学领域才有更广阔的舞台和未来。”

作为纳米地球科学学科框架的构建者,琚宜文教授对前人的研究进行了总结和归纳,并进一步融入自己的最新研究成果,进一步厘清了纳米地球科学的基本内涵以及主要研究方向,并对纳米科技与地球科学结合产生的各分支学科进行了系统分析,在纳米地球科学等国际前沿领域取得原创性成果,在国际上开拓了全新的纳米地球科学学科,率先形成纳米地球观,创建了纳米地质学理论,获得国内外同行专家的认可,实现了在该领域从并跑到领跑的突破,并为纳米地球科学发展铺出了一条道路。

科学家不能只依赖于个人的思想,善于凝聚团队力量的人,才是真正拥有大格局之人。为此,琚宜文教授依托中国科学院大学创建了国际上第一个纳米地质学术组织:中国地质学会纳米地质专业委员会。该组织集中了优势的科研力量,它的诞生对纳米地球科学的研究与发展,意义重大,影响深远。

推动能源勘探

能源是一个国家经济发展的物质基础。新中国成立以来,我国的能源科技实现了从跟随模仿到并行引领的巨大转变,能源生产也从供给短缺到总体宽松,能源供给结构持续优化、质量不断提升,形成了煤、油、气、核、新能源多轮驱动的多元供应体系,在科研人员和所有能源工作者的努力下,中国的能源工业飞速发展,能源生产与供应保障能力显著增强,已成为世界能源生产第一大国,能源自主保障能力保持在80%以上。

但我国的科研工作者,并没有因此而放慢科研的步伐,他们仍在用科技为中国的能源发展保驾护航。

作为能源地质与纳米地质交叉领域专家,琚宜文教授将目光放在了多种能源勘探开发领域。野外和实验室都是琚宜文教授的战场,“只有亲自去看,去观察,去分析,才能找到这些隐藏的天然宝藏。”

这些年来,琚宜文作为项目负责人先后主持了国家自然科学基金重点项目和面上项目、国家科技重大专项和国家“973”项目课题等20多项。除纳米地质与成藏成矿研究之外,还致力能源盆地构造、非常规能源地质以及煤系地质与工程等方面的攻关,创新提出构造变形区非常规油气地质理论与预测技术,尤其是在页岩气富集特征及其机理、煤层气地质与产出水化学特征、煤系储层组合特征及其多种气体资源综合评价以及煤炭开发过程中的碳排放等国际前沿领域取得了多项突破,是该领域的主要的学术带头人之一。

琚宜文教授的一系列研究成果不仅提升了我国在能源地质领域的国际地位和影响力,同时也推动了我国多种能源勘探开发的产业化应用,并取得了重大的经济与社会效益。

在关注能源综合勘探的同时,琚宜文教授也关注着环保领域的减排课题。在国际上,煤炭开发过程中的碳排放量主要依据IPCC推荐的估算方法。但是由于我国煤矿分布广泛,且煤层赋存状况和构造条件十分复杂,IPCC的计算方法并不完全适合中国国情,其计算结果一般要大于我国实际碳排放量。

意识到这一点的琚宜文教授,开始针对我国复杂地质条件下不同煤炭开采区域的碳排放因子进行研究,在攻克了一个又一个难关后,在国际上提出了具有创新意义的关于井工开采过程中甲烷新排放因子的瓦斯含量算法。该算法重点考虑了原煤瓦斯含量、残存瓦斯含量、采动影响系数和煤炭的产量;利用这些因素计算得出中国不同区域煤炭开采地质条件下的各自新排放因子,进而获得各区域以及全国的碳排放量,以更好的适应中国煤炭地质与开发的实际情况,为我国的环境数据库提供较为准确的参考数据。

传递科研精神

出生于1963年的琚宜文,见证了祖国实行改革开放40年来所取得的重大成就。

1978年,那时的琚宜文还在安徽的农村老家上高中,还是学生的他,便积极参加到社会实践与农村改革中,“粮食安全一词,早在1974年就诞生了,但那时我,头脑中并没有这个概念,尽管如此,生在农村的我却知道,只有多产粮,才能让每个中国人吃饱吃好。”或许,正是这样的认知,让琚宜文在学习之余,积极投身农田,那时的他,愿望很简单——为国家多产点粮食。

1981年琚宜文考上了大学,从此踏上了追梦旅程,四年的学习生涯转瞬而过,1985年,顺利毕业,作为那个时代的大学生,琚宜文其实有很多选择,但他还是不顾煤矿井下工作的艰苦,来到当时的全国大型煤炭基地两淮矿区从事了煤炭工业,那时,中国的能源工业还处在快速上升阶段,“我们很努力的开采,但效率与采收率却并不尽如人意,一定是哪个环节出现了问题。”工作6年后,他带着这样的疑问,再次走入了校园,学习更高深,更科学的理论知识。1994年,获得硕士学位。“学习后的我,再去实践,有了更多的感悟,也解决了很多煤系资源开发的实践难题。”在亲身体验了知识的力量后,在工作6年后,他再次带着更深层次的非常规能源地质与纳米地质问题,进行深造,2003年,获得博士学位。

先后两次6年的实践,两次带着实际问题的深造经历,令琚宜文在能源地质与纳米地质领域,有了更多的科学梦想。琚宜文的成长轨迹与中国能源的发展之路是契合的,他既是能源地质发展的书写者,亦是见证者。

除能源地质研究与实践之外,现在的琚宜文教授最关心的还是纳米地球科学以及相关的资源环境领域的未来,在他看来,“科研工作者不但要与时俱进,更要高瞻远瞩。”不但需要在科研领域不断突破,更需要向“地球科学的未来”输送具备科学素养的创新型人才。

为此,在教学过程中,他坚持用“创新思维法”培养学生。一方面传授科学能力,将最前沿的思想带给学生,一方面鼓励学生参与实践,将理论与实践相结合,做到学以致用。“中国的地质学发展迅速,所以,我们更需要有创新思维与实践能力的人才,只有他们,才是中国地质学的未来。”

每个有责任感的人都有属于自己的使命,琚宜文教授也不例外,“我对自己的要求是出成果,多奉献,育桃李,做到以上三点足矣。”无论是科研的严谨,教学的用心,其实都和他那颗拳拳的爱党、爱国、敬业之心分不开。

2019年10月1日,已经56岁的琚宜文作为全国科技工作者的代表在北京天安门广场参加了庆祝新中国成立70周年“放飞梦想”方阵联欢活动,表演动作丝毫不比年轻人逊色。用他自己的话说就是:“我是新中国培养起来的科教人员,祖国承载我,我奉献祖国。我的每一项研究成果都离不开国家的支持,所以当有这样一个机会来表达我对祖国的热爱时,无论如何,我都必须参与。”他这种积极向上的态度和满腔热情,更是给在场的年轻人树立了很好的榜样。

2020年,在庆祝中国共产党成立99周年、迎接中国共产党成立100周年之际,为进一步深化“不忘初心、牢记使命”主题教育成果,教育和激励广大党员,北京市委教育工委和中国科学院党组决定组织优秀共产党员、优秀党务工作者和先进基层组织评选表彰工作。琚宜文教授因在科研和教学领域的突出贡献,分别被授予北京高校优秀共产党员,中国科学院优秀共产党员称号。

这就是琚宜文教授,在科研领域,他拼搏奋斗,不知疲倦;在教学领域,他立德树人,爱国奉献。未来,他将继续在地球与能源科学领域,尤其是纳米地球科学领域,深耕前行;同时,他将带领更多的学生,探索地球与能源的奥秘。

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