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跨越科研国界 挑战能源转型记德国克劳斯塔尔工
作者:admin    发布于:2023-01-12 22:34    文字:【】【】【

  进入21世纪以来,科学技术迅猛发展,人类充分享受到了科技带来更加优质和便利的生活,而这一切都建立在化石能源的基础上,包括煤炭、石油、天然气等不可再生资源。随着人类对这些资源毫不节制的开采使用,我们不得不开始思考,当地球的化石资源使用殆尽,人类该何去何从?其实,即使到2035年,在可预见的能源格局中,化石能源仍然是能源供给的主力军,能源问题已经成为制约全球经济可持续发展的最大颈瓶,开发新能源成为世界能源战略的重要部分。

  除了开发新能源,地下非常规能源的开发研究也被纳入日程,所谓地下非常规能源,是指传统能源之外的各种能源形式,即刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,主要包括致密油、页岩油、稠油、油砂、油页岩油以及致密气、页岩气、煤层气、天然气水合物、地热等。

  德国地球科学与岩土工程院院士、德国克劳斯塔尔工业大学和下萨克森州能源研究中心侯正猛教授,正是其中一员,30多年来,他在德国一直从事非常规油气和地热开发以及水力压裂,岩土及环境能源岩土工程,地下空间综合利用,天然气、战略石油、氢能和可再生能源地下储存,有毒废料和放射性核废料地下处置,CCUS,碳中和和能源转型,岩盐、岩石损伤和动力学,钻孔稳定性,热传导、多相流、岩石力学与地球化学等岩体耦合行为、过程和数值仿真等领域的教学、科研和国际合作工作。同时,作为中德能源研究中心德方首席,他完成了一系列科学研究,为中德两国的清洁能源、可再生能源等中德合作研究作出了突出贡献。

  任何时刻,人们所做的每一个选择,都可能成为人生的转折点,回望过去,侯正猛很庆幸自己选择非常规能源开发和可再生能源地下储存领域,并以此为碳中和等长远发展趋向的研究贡献自己的力量。侯正猛在昆明理工大学就读采矿工程(本科)和岩石力学(硕士),1986年留校任教从事金属矿山稳定性的现场监测与预测预报研究,由于表现优异,侯正猛于1992年初获得为期两年的德国汉斯—赛德尔奖学金由国家自费公派留学,进入德国克劳斯塔尔工业大学进修。他首先进行一个有关盐岩矿房矿柱优化设计理论的课题,仅用三个月时间就出色完成了课题,自此,他的研究得到导师的肯定,开始攻读博士学位。他的博士论文获得1997—1998年度克劳斯塔尔工业大学优秀博士论文奖,值得一提的是,他也是迄今为止唯一获得该论文奖的华人。

  此后,侯正猛的德国学业术之路一帆风顺,2002年,获得了教授和博士生导师资格;2003年初,被克劳斯塔尔工业大学破格聘为C2级岩石力学教授;2009年,侯正猛被德国下萨克森州5所著名大学联合新建的下萨克森州能源研究中心聘为教授,从事地下清洁能源生产和储存的研究工作。

  虽然人在德国,但是侯正猛的心始终向着祖国,他积极寻找与国内开展科研合作的机会,2003年底,侯正猛得到“春晖计划”资助回国交流,与四川大学时任校长谢和平院士开始了卓有成效的实质性合作,并发起和促成了德国克劳斯塔尔工业大学和四川大学在教育和科研方面的全面合作伙伴关系。同时在教育方面,他们合作成立了新的“2+2”本科双学位土木与环境工程专业,培养学生学习地质、环境、土木、能源等跨学科领域知识,培养和不断提高学生找到、分析和解决问题的能力以及激发学生的创新能力。

  在科研方面,克劳斯塔尔工业大学与四川大学共同成立了“中德能源研究中心”,分享研究资源和研究成果。侯正猛担任中德能源研究中心德方首席,并在清洁能源、可再生能源等研究领域积极探索,取得了一系列科研成果,为我国相关科研工作的发展做出了重要贡献。2003年—2005年,侯正猛担任中石油委托项目——“来自中国金坛盐矿地区盐岩、泥岩岩石力学实验研究及金坛地区现有15口盐溶腔稳定性研究”的技术负责人。由他完成的西气东输工程中国第一批盐溶腔储气库的稳定性评价和运营参数设计,也为中国的战略石油储备提供了先期经验。

  截至目前十余年来,“2+2”项目已经派出本科留学生近300人,已有包括德国学生在内的280多名学生获得了两校的双学士学位,200多名获得硕士学位,20余名获得博士学位。除此之外,侯正猛还担任西南石油大学特聘教授、昆明理工大学首席客座教授等职,推动了克劳斯塔尔工业大学与华东理工大学、同济大学、北京航空航天大学、郑州大学、东北石油大学、西南石油大学、成都大学、昆明理工大学等高校开展“2+2”本科或者“1+2”硕士合作。仅经过他选拔和接受的项目留学生就有1000多人。

  对此,侯正猛如是说道,“国家把我培养到硕士毕业,又给我出国读博的机会,我也要积极回报祖国。”在他心目中,即使身在异国,也应该凭借自己的力量为祖国服务,为祖国的教育科技发展贡献力量。

  领导人曾在全国科技创新大会上提到,创新是引领发展的第一动力,抓创新就是抓发展,谋创新就是谋未来,关键要依靠科技创新转换发展动力,创新始终是推动一个国家、一个民族向前发展的重要力量。作为一名深耕能源领域的科研学者,侯正猛深知科技创新的的重要性。迄今为止,他已经负责和参与了德国和中国90多项研究项目,目前负责致密气和深部地热开发及二氧化碳驱天然气等德国科教部、环境部、经济与能源部、DAAD和DFG,及中国科技部和基金委等部门资助的多个重大科研项目。其研究成果代表了世界先进水平,作为大变形与低渗透盐岩力学理论研究与工程实践的领军人物;现代天然气、石油和可再生能源地下储库设计理论的主要创立者;CO2地质处置和封存的长期安全性、密封性和新封井技术研究的开拓者;石油天然气工程的岩石力学研究的资深专家,特别把所发展的理论和取得的科研结论充分加以应用,并在应用的基础上进一步发展理论。

  2020年9月22日,领导人在第七十五届联合国大会上郑重提出中国二氧化碳减排目标:力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。据了解,欧美国家从碳达峰到实现碳中和需要45至60年,而中国计划只用30年实现,因此面临着巨大挑战。领导人明确提出要求统筹制定2030年前碳排放达峰行动方案,和制定碳中和与绿色发展战略行动方案。对此,侯正猛于2020年9月成立了中德碳中和科研团队,并针对中国如何实现碳中和提出了22条建议(其中4条战略、7条技术路线条行动方案),特选部分建议简要介绍:

  一是能源供给再生化。加大可再生能源的开发与利用,大力提高水、风、光和生物能以及地热在能源结构中的占比。

  二是能源利用电气化。结合新型城镇化、农业现代化建设,不断拓宽电力使用领域,优先使用绿色电力,同步推进电气化和数智能源建设,不断握高终端电气化水平,推进农业生产电气化。

  三是减碳增氧产业化。2060年退煤电,利用可再生新能源制氢,实现减排和深度脱碳,大量制备、储存氢能,打造集生产、储存、运输和利用一体化的世界第一氢能产业链。

  四是地下空间能源化。充分利用矿井废弃空间、将可再生能源产生的过剩电能多元转化并大规模储存地下,不占用土地和保护生态。

  五是产储运用耦合化。通过电网、油气管网等实体网络和信息网、监控网等虚拟网络智慧耦合能源生产、储存和利用,构建侯正猛提出的基于能源多板块智能耦合技术的ENSYSCO绿色能源系统。

  六是能源利用数智化。基于人工智能、大数据和区块链等高新技术实现清洁能源的生产、储存和利用的高效协同运转。

  其次还有消费行为革命化、提效节能大众化、减排增汇定量化、研发双创基金化、示范推广园区化、欧洲合作引领化、技术推广标准化等等。侯正猛介绍说,中国2060年实现碳中和与绿色可持续发展具有以下重大战略意义:

  1. 碳中和就是第四次能源和工业革命:谁先实现转型,谁就能在未来竞争中占据主动;

  2.碳中和将完全改变全球地缘政治:石油大国、石油战争和石油美元将失去根基,绿电人民币将慢慢崛起;

  3.中国将从目前全球最大的能源进口国变为最大的新能源出口国(稀土、光伏、风机、电池等新能源资源、产品和技术特别是新能源汽车);

  4. 经济发展转型:从房地产、中国制造等到新能源、绿色和高端制造、产业信息化和信息产业化、绿色金融、循环经济、中国创造等;

  5. 实现碳中和是中国从发展中国家到发达国家、从大国到强国、从被卡脖子到卡脖子的必由之路。

  并建议当前应以提高能效、节能和煤炭的清洁利用为重点;中长期应进一步推动能源发展多元化,逐步减少燃煤比例,大幅提高天然气等低碳能源和风、地热、水、生物、光能等可再生能源的比重;长远应建立以天然气、可再生能源、氢能等为主体的可持续能源体系和形成绿色碳循环经济,尤其是氢能全链条产业,因为氢能将成为未来除电能和热能外最重要的二次能源,同时结合使用碳捕集、利用与封存技术,作为发展中国家中国将有望2060年前率先实现碳中和。

  侯正猛,男,汉族,1963年9月出生于四川阆中。德国地球科学与岩土工程院院士、现任德国克劳斯塔尔工业大学和下萨克森州能源研究中心终生教授和中国事务专员、德国联邦科技教育部资助的中国能力中心主任、中德清洁能源创新平台德方负责人、中德能源研究中心德方首席、欧中氢能和燃料电池协会副理事长,中国(德国)研发创新联盟碳中和与能源转型专业委会主任。兼任四川大学建环学院环境能源技术研究所所长和郑州大学中德碳中和与绿色发展研究院院长。

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