院士余艾冰:颗粒科学的“小研究”和“大未来”

发布日期:2019-01-31 15:03
      颗粒是人类处理的仅次于水的第二大物质。据统计,大约7 0 % 的工业最终产品或中间产品是以颗粒形式存在的。例如,每年高于4 0 % 的化工产品附加值(约6 1 0 亿美元)是与颗粒技术密切相关的。
小小颗粒的玄妙何在?它们又是如何发挥如此大的作用?在澳大利亚科学院和工程院两院院士、中国工程院外籍院士余艾冰的研究世界里,我们可以深刻地体会到颗粒科学的奥秘,以及计算机仿真技术对颗粒研究的奇妙推动作用。

颗粒科研路越走越宽

      余艾冰院士是国际知名的化学工程和过程冶金专家,被公认为是颗粒填充、颗粒及多相流以及计算机模拟与仿真多个研究领域的权威,他的科研成果被广泛地应用于钢铁、材料、化工和采矿工业,创造了巨大的经济效益。
在国内读大学和硕士的时候,余艾冰院士的专业是冶金,真正和颗粒结缘,那还是到澳大利亚读博士以后的事了,那时他才意识到,“颗粒是一个挺重要的研究领域”。 余艾冰院士解释道,颗粒材料是除水之外,人类处理最多的材料类型,7 0 % 左右的工业成品和中间产品都是以颗粒形态存在的。在自然界和工业生产中,存在着多种多样的颗粒系统,比如自然界中的沙石、土壤等,日常生活中的粮食、糖、盐等,生产和技术中的煤炭、矿石、建材,不少药品、化工品也是颗粒物质。这些材料有湿有干,颗粒大小从纳米到厘米,跨越多个数量级。正是因为颗粒系统在工业生产中随处可见,因此在理解其性质、操控其行为方面的任何微小改进,都可以带来巨大的经济效益。
如今,颗粒科学研究已经涉及矿业、冶金、材料、纳米、医药、能源、环保等众多领域,余艾冰院士的研究之路越走越宽。

未来颗粒科学的重大突破口

      在余艾冰院士眼中,人类的发展可以说是跟材料的发展息息相关,而材料技术的发展很大程度上又要依靠颗粒技术,但人们过去一直没有意识到这一点。余艾冰院士以陶瓷举例,人们在很久以前就会制造陶瓷,但并没有意识到颗粒的重要性,直到2 0 世纪7 0 年代末、8 0 年代初,人们才充分意识到这应该是一个重要的研究领域,才开始真正把颗粒作为一门科学和技术来研究。
经过这么多年的发展,研究人员已经可以在颗粒科学领域做很多事情了,小到可以在原子分子维度上分析颗粒,广到可以把颗粒和每一个工业过程联系起来。但是,人们对颗粒的理解依旧很不完善,其中最难的,就是在颗粒尺度下研究颗粒的行为。对于许多工业过程的设计、控制和优化来说,对控制颗粒行为的原理的理解非常重要,直接制约着工业生产的水平。
过程工程就是研究物质的化学和物理转化过程中物质的运动、传递和反应及其相互关系的一门工程科学。它广泛应用于能源、资源、环境、材料、制药、石油、化工、冶金等国民经济的支柱产业,并涉及生物技术、纳米技术等新兴领域。过程工业的进步一定程度上依赖于对颗粒体系的研究和认知水平,这是因为颗粒体系贯穿很多工业或产品制作的整个流程。
随着计算机技术的发展,科学家们开始采用建立数学模型的方式来进行颗粒科学和过程工程的研究,从而打开了一条更为准确、便捷的研究之路。浪潮之上,激流勇进,余艾冰院士正是这条研究之路上的先行者。这些年来,余艾冰院士的团队就一直在进行颗粒系统的仿真模拟研究,即通过严格建模和仿真来模拟不同时间和长度范围内的颗粒—颗粒和颗粒—流体相互作用的颗粒系统,来理解控制颗粒行为的基本原理。在余艾冰院士看来,利用计算机技术、大数据去进行颗粒行为的仿真模拟,去实现工业过程智能,应该是未来在颗粒科学技术和工业过程中的重大突破口。

与江苏结缘四载成果丰硕

      对于江苏,余艾冰院士一直是有深厚感情的,自从2 0 1 4 年担任澳大利亚莫纳什大学副校长兼苏州校区校长以来,他更多的时间是在江苏度过的,主要负责的就是东南大学—莫纳什士大学联合研究院和联合研究生的工作。他还在苏州建立了研究所。
作为江苏科技体制改革的“试验田”,江苏省产业技术研究院创新性地提出了“项目经理制”,遴选国际一流领军人才担任项目经理,并赋予组建研发团队、使用经费的充分自主权,由项目经理牵头完成市场调研,整合创新资源,组建研发及管理团队,与地方园区对接共建专业研究所。2 0 1 6 年,余艾冰院士牵头组建了3 0 余人核心研发团队,与省产研院和苏州工业园区共建了江苏省产业技术研究院工业过程模拟与优化研究所,确定了先进计算颗粒技术、高性能计算与控制平台、过程工业信息智能化、过程强化与创新等4 个重点研发方向。
研究所立足于食品医药制备、纳米及粉体材料、化工、冶金、矿物加工、能源环保和水泥建材制备等工业过程,结合现代计算机技术提高对各种过程工业系统的认知,为各种工业过程的设计、控制、优化和进一步技术开发提供依据。在短短两年时间里,研究所已经进行了高炉炼铁、选煤工艺流程、医药干粉吸入技术、薄膜精细喷涂设备等成果的落地转化,为江苏的产业转型升级和可持续发展提供了有力支撑。

创新要区分“科学”和“技术”

      在鼓励科技创新、培养创新人才方面,余艾冰院士认为还有一个思路亟须厘清,那就是首先应区分“科学”和“技术”,这个问题不仅是全国的一个共性问题,而且影响着比如软硬件的竞争问题、科技创新的长期性问题等。“科学注重新的i d e a 、新的理念,技术则是侧重如何把想法实施和应用。”余艾冰院士建言,鼓励科技创新的政策要意识到两者的差异,因此要有所区分。一方面是鼓励坐冷板凳的基础学科研究和做原创研发的政策,另一方面,是鼓励将科学研究成果落地,尽早产生市场价值的政策。厘清这两者的关系,政策就会更清晰,更有针对性,避免混为一谈后带来的种种问题。
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