張信榮近照。

呂 宸攝

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(資料圖)

張信榮：1973年生，北京大學(xué)工學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，天然工質(zhì)熱力學(xué)循環(huán)及其傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域研究者，致力于多項(xiàng)天然工質(zhì)二氧化碳發(fā)電、制冷和制熱熱力學(xué)循環(huán)研究。2017年起先后被聘為北京2022年冬奧會(huì)工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)＜摇?guó)家速滑館二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)專(zhuān)家等。

“要經(jīng)常問(wèn)自己，什么是最重要的事；一旦確定了，就堅(jiān)持不懈地努力，篤定前行。終有一天，你會(huì)與所追求的目標(biāo)不期而遇。”6月中旬，北京大學(xué)工學(xué)院2022年研究生畢業(yè)典禮上，張信榮作為教師代表向畢業(yè)生寄語(yǔ)。這樣的話(huà)語(yǔ)，與他的科研經(jīng)歷有關(guān)……

走進(jìn)張信榮的辦公室，記者看到，書(shū)柜里兩份紅色的聘書(shū)十分醒目：北京2022年冬奧會(huì)工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)＜摇?guó)家速滑館二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)專(zhuān)家。

距離這里10公里外，便是被稱(chēng)為“冰絲帶”的國(guó)家速滑館。這是世界上首座采用二氧化碳跨臨界直冷系統(tǒng)制冰的大道速滑館，不僅硬件一流，制冰技術(shù)也是世界領(lǐng)先，實(shí)現(xiàn)了低碳化、零排放。那里也是張信榮傾注了大量智慧與心血的地方。

“20年前，也是這樣的一個(gè)下午，我開(kāi)始了對(duì)二氧化碳的研究。”在辦公室里，張信榮打開(kāi)了話(huà)匣子，向記者講述了自己的科研經(jīng)歷。

“用二氧化碳做能量載體，打造出了‘最快的冰’”

北京冬奧會(huì)期間，參賽運(yùn)動(dòng)員在國(guó)家速滑館13次刷新奧運(yùn)紀(jì)錄，其中1次打破世界紀(jì)錄。“用二氧化碳做能量載體，打造出了‘最快的冰’。”這讓張信榮更加確信，幾年前自己的建議是正確的。“走老路還是走新路？沿用傳統(tǒng)方法當(dāng)然可以，但我們要努力創(chuàng)新。”

2016年9月，一場(chǎng)關(guān)于北京冬奧會(huì)冰場(chǎng)制冰方法的研討會(huì)在首鋼園區(qū)舉行。“當(dāng)時(shí)，我建議使用二氧化碳制冰。”張信榮說(shuō)。往屆冬奧會(huì)大多使用氟利昂、氨等作為制冷劑制冰。但氟利昂等會(huì)破壞臭氧層、排放大量溫室氣體，還有爆炸危險(xiǎn)；氨則具有一定的毒性和易爆性。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，張信榮的建議被采納。

當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有采用這一技術(shù)的冰場(chǎng)。“二氧化碳是很好的能量載體，就像大自然能量的搬運(yùn)工。”談起技術(shù)創(chuàng)新之處，溫和內(nèi)斂的張信榮一下子話(huà)多了起來(lái)。他拿起紙筆，向記者畫(huà)起示意圖：通過(guò)冰層下的管道時(shí)，液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)吸熱，將水制成冰；吸收熱量的氣態(tài)二氧化碳在高溫高壓下冷凝，釋放的能量又可用于場(chǎng)館供暖、除濕等。“直冷”則意味著不使用冷凍液，直接用二氧化碳制冰。由于二氧化碳在相變過(guò)程中溫度不變，保證了冰面的溫度均勻、硬度一致，有利于運(yùn)動(dòng)員滑出好成績(jī)。

據(jù)了解，使用相同數(shù)量的傳統(tǒng)制冷劑（以普遍使用的R507為例）的碳排放量，是二氧化碳制冷劑的3985倍。而且，與傳統(tǒng)制冷方式相比，采用二氧化碳制冰的能效提升30%、一年可節(jié)省約200萬(wàn)度電。

“采用二氧化碳替代氟利昂，符合‘綠色辦奧’的理念。”張信榮說(shuō)，“作為科研工作者，面對(duì)國(guó)家重大需求，我們責(zé)無(wú)旁貸。”

“未來(lái)，二氧化碳發(fā)揮作用的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)越來(lái)越多”

“最初，‘盯’上二氧化碳是個(gè)偶然。”張信榮回憶，20年前的一個(gè)下午，出于對(duì)二氧化碳發(fā)電問(wèn)題的興趣，他在辦公室建模型、計(jì)算超臨界二氧化碳的發(fā)電效率。“計(jì)算結(jié)果讓我很驚喜！”走出辦公室時(shí)，已是深夜。

不過(guò)，新的技術(shù)路徑往往意味著更難走。“我們失敗過(guò)很多次，但堅(jiān)守的東西一直沒(méi)有改變。”張信榮說(shuō)。

2003年，當(dāng)時(shí)還在海外工作的張信榮提出了二氧化碳跨臨界發(fā)電的熱力學(xué)循環(huán)問(wèn)題。當(dāng)時(shí)，水蒸氣發(fā)電等仍占主導(dǎo)地位，他的新觀(guān)點(diǎn)遭遇了挫折。“我的一些研究文章多次被拒稿，等了好幾年才發(fā)表出來(lái)；有時(shí)在國(guó)際會(huì)議上做報(bào)告，聽(tīng)眾也寥寥無(wú)幾。”

“我始終認(rèn)為，科研選題要具備科學(xué)上的重大意義和潛在的實(shí)用價(jià)值，二氧化碳的研究及其利用正是這樣的選題。”張信榮的堅(jiān)持沒(méi)有白費(fèi)。隨著科技的發(fā)展和國(guó)家對(duì)能源和環(huán)保的日益重視，張信榮的主張漸漸得到更多支持。2007年，張信榮回國(guó)后，在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持下開(kāi)始從事超臨界二氧化碳基礎(chǔ)理論研究。“回國(guó)10多年來(lái)，我真切地感受到了國(guó)家的發(fā)展和變化，我們的研究和相關(guān)應(yīng)用有了更廣闊的空間。”

張信榮說(shuō)，如今，二氧化碳已在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。“未來(lái)，二氧化碳發(fā)揮作用的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)越來(lái)越多，涉及冷、熱、電等應(yīng)用場(chǎng)景。”

張信榮的辦公室墻壁上，掛著一個(gè)飛鏢盤(pán)。工作之余，他常常站在那里休息，屏氣凝神，瞄準(zhǔn)靶心，擲出飛鏢。“做科研正如擲飛鏢，一定要有明確的目標(biāo)。不管順境、逆境，都要始終堅(jiān)守。”張信榮說(shuō)。

“每個(gè)學(xué)生都像一塊璞玉，需要發(fā)現(xiàn)的眼光和精心雕琢”

采訪(fǎng)中，張信榮談的最多的，一個(gè)是科研，一個(gè)是學(xué)生。

張信榮從書(shū)柜里拿出兩張獲獎(jiǎng)證書(shū)，自豪地向記者展示。近年來(lái)，他指導(dǎo)的多篇學(xué)生論文被評(píng)為優(yōu)秀博士學(xué)位論文，這是他很珍視的榮譽(yù)。每個(gè)學(xué)生的個(gè)性、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)，他都再熟悉不過(guò)。

張信榮在教書(shū)育人上投入了很大精力。“這與導(dǎo)師對(duì)我的教導(dǎo)有關(guān)。”在清華大學(xué)讀博期間，張信榮師從中科院院士過(guò)增元教授。老師的言傳身教，讓他深深地懂得了師者的責(zé)任之重。

“過(guò)先生已經(jīng)80多歲了，至今依然堅(jiān)守在科學(xué)研究前沿。”張信榮說(shuō)，科研遇到困難時(shí)，是導(dǎo)師給了他堅(jiān)定的支持和悉心指導(dǎo)。“導(dǎo)師對(duì)學(xué)生的影響是長(zhǎng)期的。我覺(jué)得，教書(shū)育人是世界上最神圣的工作之一，也是最難的工作之一。每個(gè)學(xué)生都像一塊璞玉，需要發(fā)現(xiàn)的眼光和精心雕琢。”

今年畢業(yè)的博士研究生王冠邦曾參與生鮮農(nóng)產(chǎn)品超級(jí)冷鏈研究項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)期間，他在北京昌平區(qū)的超級(jí)冷鏈蓄冷傳熱實(shí)驗(yàn)室一待就是一個(gè)多月。這樣的忘我和投入與張信榮的教導(dǎo)息息相關(guān)。

“還記得我寫(xiě)的第一篇英文論文，張老師修改的內(nèi)容比我寫(xiě)得都多！從圖表數(shù)據(jù)到詞匯語(yǔ)法，逐字逐句地修改。”晉立叢是張信榮指導(dǎo)的第二屆博士研究生，如今在清華大學(xué)從事科研工作。“嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，是張老師教給我的科研第一課。”晉立叢說(shuō)。

眼下，張信榮正帶領(lǐng)學(xué)生們繼續(xù)著科學(xué)探索。“對(duì)做科研的人來(lái)說(shuō)，每一天都是一個(gè)新的開(kāi)始，每一天都要努力。我們的腳步一直沒(méi)有停下來(lái)。”開(kāi)展二氧化碳高效冷熱供應(yīng)技術(shù)應(yīng)用等研究，為本科生和研究生講授工程熱力學(xué)和新能源技術(shù)課程，在校內(nèi)外做學(xué)術(shù)報(bào)告……張信榮每天的工作安排都是滿(mǎn)滿(mǎn)的。

“二氧化碳研究利用是個(gè)新興領(lǐng)域，剛剛開(kāi)始，還有很多艱巨的任務(wù)需要我們?nèi)ネ瓿桑酉聛?lái)的每一步都很關(guān)鍵。”張信榮說(shuō)，他的選擇依然堅(jiān)定：“搞科研，就要走新路走難路。把精力放在科研和教學(xué)上，放在國(guó)家重大需求上。”

■記者手記

堅(jiān)守科學(xué)精神 追尋科學(xué)價(jià)值

堅(jiān)守，是張信榮在采訪(fǎng)中提到最多的關(guān)鍵詞。對(duì)于他而言，如果說(shuō)對(duì)二氧化碳的研究始于“偶然”的靈感，那么，將靈感變?yōu)榭蒲谐晒瑒t在于對(duì)科學(xué)價(jià)值的追尋和對(duì)科學(xué)精神的堅(jiān)守。

面對(duì)漫長(zhǎng)的探索期，要肯下“板凳坐得十年冷”的苦功夫；面對(duì)層出不窮的熱點(diǎn)問(wèn)題，要做到“每臨大事有靜氣”，不盲目追逐；面對(duì)繁瑣復(fù)雜的工作，要取舍有度，將精力聚焦在最重要的科研目標(biāo)上。

正如張信榮所說(shuō)，只要科學(xué)家聚焦真問(wèn)題，持續(xù)努力，成果就會(huì)水到渠成；面對(duì)重大的科研任務(wù)，就會(huì)更有底氣、更有信心、更有力量去完成。

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關(guān)鍵詞： 二氧化碳 能量載體 熱力學(xué)循環(huán)