張信榮：1973年生，北京大學工學院教授、博士生導師，天然工質熱力學循環(huán)及其傳熱傳質領域研究者，致力于多項天然工質二氧化碳發(fā)電、制冷和制熱熱力學循環(huán)研究。2017年起先后被聘為北京2022年冬奧會工程建設領域專家、國家速滑館二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)專家等。
“要經(jīng)常問自己，什么是最重要的事；一旦確定了，就堅持不懈地努力，篤定前行。終有一天，你會與所追求的目標不期而遇。”6月中旬，北京大學工學院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。這樣的話語，與他的科研經(jīng)歷有關……
走進張信榮的辦公室，記者看到，書柜里兩份紅色的聘書十分醒目：北京2022年冬奧會工程建設領域專家、國家速滑館二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)專家。
距離這里10公里外，便是被稱為“冰絲帶”的國家速滑館。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，制冰技術也是世界領先，實現(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，也是這樣的一個下午，我開始了對二氧化碳的研究。”在辦公室里，張信榮打開了話匣子，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’”
北京冬奧會期間，參賽運動員在國家速滑館13次刷新奧運紀錄，其中1次打破世界紀錄。“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)方法當然可以，但我們要努力創(chuàng)新。”
2016年9月，一場關于北京冬奧會冰場制冰方法的研討會在首鋼園區(qū)舉行。“當時，我建議使用二氧化碳制冰。”張信榮說。往屆冬奧會大多使用氟利昂、氨等作為制冷劑制冰。但氟利昂等會破壞臭氧層、排放大量溫室氣體，還有爆炸危險；氨則具有一定的毒性和易爆性。經(jīng)過反復論證，張信榮的建議被采納。
當時，國內還沒有采用這一技術的冰場。“二氧化碳是很好的能量載體，就像大自然能量的搬運工。”談起技術創(chuàng)新之處，溫和內斂的張信榮一下子話多了起來。他拿起紙筆，向記者畫起示意圖：通過冰層下的管道時，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程中溫度不變，保證了冰面的溫度均勻、硬度一致，有利于運動員滑出好成績。
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，“作為科研工作者，面對國家重大需求，我們責無旁貸。”
“未來，二氧化碳發(fā)揮作用的應用場景會越來越多”
“最初，‘盯’上二氧化碳是個偶然。”張信榮回憶，20年前的一個下午，出于對二氧化碳發(fā)電問題的興趣，他在辦公室建模型、計算超臨界二氧化碳的發(fā)電效率。“計算結果讓我很驚喜！”走出辦公室時，已是深夜。
不過，新的技術路徑往往意味著更難走。“我們失敗過很多次，但堅守的東西一直沒有改變。”張信榮說。
2003年，當時還在海外工作的張信榮提出了二氧化碳跨臨界發(fā)電的熱力學循環(huán)問題。當時，水蒸氣發(fā)電等仍占主導地位，他的新觀點遭遇了挫折。“我的一些研究文章多次被拒稿，等了好幾年才發(fā)表出來；有時在國際會議上做報告，聽眾也寥寥無幾。”
“我始終認為，科研選題要具備科學上的重大意義和潛在的實用價值，二氧化碳的研究及其利用正是這樣的選題。”張信榮的堅持沒有白費。隨著科技的發(fā)展和國家對能源和環(huán)保的日益重視，張信榮的主張漸漸得到更多支持。2007年，張信榮回國后，在國家自然科學基金等項目的支持下開始從事超臨界二氧化碳基礎理論研究。“回國10多年來，我真切地感受到了國家的發(fā)展和變化，我們的研究和相關應用有了更廣闊的空間。”
張信榮說，如今，二氧化碳已在多個領域得到應用。“未來，二氧化碳發(fā)揮作用的應用場景會越來越多，涉及冷、熱、電等應用場景。”
張信榮的辦公室墻壁上，掛著一個飛鏢盤。工作之余，他常常站在那里休息，屏氣凝神，瞄準靶心，擲出飛鏢。“做科研正如擲飛鏢，一定要有明確的目標。不管順境、逆境，都要始終堅守。”張信榮說。
“每個學生都像一塊璞玉，需要發(fā)現(xiàn)的眼光和精心雕琢”
采訪中，張信榮談的最多的，一個是科研，一個是學生。
張信榮從書柜里拿出兩張獲獎證書，自豪地向記者展示。近年來，他指導的多篇學生論文被評為優(yōu)秀博士學位論文，這是他很珍視的榮譽。每個學生的個性、特點、優(yōu)點，他都再熟悉不過。
張信榮在教書育人上投入了很大精力。“這與導師對我的教導有關。”在清華大學讀博期間，張信榮師從中科院院士過增元教授。老師的言傳身教，讓他深深地懂得了師者的責任之重。
“過先生已經(jīng)80多歲了，至今依然堅守在科學研究前沿。”張信榮說，科研遇到困難時，是導師給了他堅定的支持和悉心指導。“導師對學生的影響是長期的。我覺得，教書育人是世界上最神圣的工作之一，也是最難的工作之一。每個學生都像一塊璞玉，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產品超級冷鏈研究項目。實驗期間，他在北京昌平區(qū)的超級冷鏈蓄冷傳熱實驗室一待就是一個多月。這樣的忘我和投入與張信榮的教導息息相關。
“還記得我寫的第一篇英文論文，張老師修改的內容比我寫得都多！從圖表數(shù)據(jù)到詞匯語法，逐字逐句地修改。”晉立叢是張信榮指導的第二屆博士研究生，如今在清華大學從事科研工作。“嚴謹、認真，是張老師教給我的科研第一課。”晉立叢說。
眼下，張信榮正帶領學生們繼續(xù)著科學探索。“對做科研的人來說，每一天都是一個新的開始，每一天都要努力。我們的腳步一直沒有停下來。”開展二氧化碳高效冷熱供應技術應用等研究，為本科生和研究生講授工程熱力學和新能源技術課程，在校內外做學術報告……張信榮每天的工作安排都是滿滿的。
“二氧化碳研究利用是個新興領域，剛剛開始，還有很多艱巨的任務需要我們去完成，接下來的每一步都很關鍵。”張信榮說，他的選擇依然堅定：“搞科研，就要走新路走難路。把精力放在科研和教學上，放在國家重大需求上。”
■記者手記
堅守科學精神 追尋科學價值
堅守，是張信榮在采訪中提到最多的關鍵詞。對于他而言，如果說對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在于對科學價值的追尋和對科學精神的堅守。
面對漫長的探索期，要肯下“板凳坐得十年冷”的苦功夫；面對層出不窮的熱點問題，要做到“每臨大事有靜氣”，不盲目追逐；面對繁瑣復雜的工作，要取舍有度，將精力聚焦在最重要的科研目標上。
正如張信榮所說，只要科學家聚焦真問題，持續(xù)努力，成果就會水到渠成；面對重大的科研任務，就會更有底氣、更有信心、更有力量去完成。
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