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钱旭红:过程文明 文明过程

时间:2013-05-18 16:57:44  来源:  作者:

 

过程文明 文明过程


——过程工程与大学的使命

钱旭红

(中国工程院院士、华东理工大学校长)

2013. 5. 11, 上海

 

 

中国制造在全世界具有举足轻重的地位,而在我国制造业中,占据半壁江山的是过程产业。过程产业通常被认为包含能源、资源、环境、材料、制药、石油、化工、冶金等行业,其中发挥最主要作用的学科是过程工程学科。它是指物质的化学、物理和生物转化和过程。其研究内容主要包括物质的运动、传递、反应、相互关系。但今天,很多新兴领域已真正改变了我们传统的过程。


过程产业的发展与创新取决于两个重要的因素:理念引导的创新和问题引导的创新,任何创新的原动力都来自这两者。理念主要有两种,一个是生态文明理念,一个是可持续发展理念。另一个就是问题引导的创新,主要包括污染破坏和社会疑虑。由于这两者的压力推动和引领导向,迫使我们过程产业必须发生转型,而转型的结果,就是从中国制造走向中国创造,最终,真正实现中国创造在全世界占据重要地位。

在理念方面,我们只有地球这一个赖以生存的星球,离真正实现移居其它星球,还十分遥远,所以生态的理念尤为重要。在过去,提到自然,我们想到的是青山绿水蓝天。而今,众所周知,环境污染问题已经十分严峻,例如雾霭,让人感觉如同做梦,白天走在梦境里,但遗憾的是这却是噩梦;过去,我们有首歌叫“在希望的田野上”,而今干旱已导致田野干涸;在污染天气里,我们甚至能发现正午的太阳是红的;又如太湖蓝藻的爆发、化工厂排放的废水以及油污的泄漏等等,都与过程工业有很大的关系。另一个问题是严重的资源短缺和能源消耗。当然包括随后引发的健康危机和重金属污染等。目前社会对过程工程已经极度敏感,几乎每天都有反对化工厂建立的新闻报道。事实上,造成这些问题的是传统的过程产业,而今天,现代的过程工程完全能够解决当初所造成的问题。此外,新的生态文明理念和境界,需要新的过程思维支撑。因为只有过程工业,才能知道真正的解在哪、才能服务于未来的生态文明。所以,解铃还需系铃人。因此我们亟需改变“只问目标,不问手段”的过程工业形象。

总而言之,过程工业常常被社会指责为环境污染的肇事者。而改变这种形象的出路便是与文明为伍,与大众同行。我们所追寻的目标是过程文明,生态文明的理念从生态延伸出来,过去我们人类早期工业化时代的“生态理想”是强调标准、统一和强制,然而自然界从单细胞开始发展到生态和人类社会,这个自然过程从来没有标准统一和强制。生态文明的理念强调符合“自然之道”的差异、多样和和谐,生态文明的呼唤和问题逼迫转型给予我们新的目标,即过程文明。

过程文明包括四个方面:可持续的发展、社会责任关怀、差异多样个性、再生循环洁净。要达到过程文明的目标,其手段首先必须是文明的,即实现文明过程,通过文明的手段建立文明的过程工业,即资源多元化、产品个性化、工艺柔性化、过程绿色化、市场全球化和经管信息化。

这如同生物从单细胞开始进化,谁也没想过进化的终点,并且不敢想象这个终点就是人,事实可能没有终点,进化会继续前行,因此整个进化都属于一个过程,所以必须重视过程。过程工程的历史已经告诉我们,新学科和方向的产生会革命性地改变产业形态,产生强大竞争力,这在过去化工领域有着成功的例子:在19世纪的欧洲,当化学工业发展起来的时候,只有技术化学而没有化学工程。20世纪,美国为了超越欧洲,通过把单元操作放大,如从精馏、过滤和结晶——被科学家或社会通常认为的雕虫小技中提炼出“三传一反”的原理,进而发展出化学工程学,使得化工产业整个转型。化学工程的问世推动了美国化学工业的发展并处于世界领先地位,同时也改变了世界的面貌。同样我们是否能找到未来过程工程的发展规律进而领先世界?早年,欧洲是炼金,我们是炼丹,炼丹并未形成近现代科学技术,而炼金最终在形式逻辑推动下,形成了科学,建立近代的化学工业。而美国通过“三传一反”的原理,建立了化学工程学,进而建立了现代化学工业。中国是否能根据介尺度、多尺度为核心的过程工程学构建我们未来的过程工业,从而实现我们的中国梦?

许许多多文明的新过程正在不断丰富我们的工具库,对未来过程文明的集体追求意识已经逐步形成,只是还没有旗帜鲜明地亮相而已。过程工程和产业的转型方式与条件已经出现,第一,大家都认识到节能减排的重要性,第二是呼之欲出的第三次工业革命。未来的过程工程同以前的区别在于更为强调: 社会责任关怀、产品分子设计、多尺度多领域、系统集成优化。今日的过程工程正经历着思维方式、过程深化、制造方式和能源革命四个方面的转型与变化趋势:思维方式方面,从关注宏观到重视微观,更加注重分子设计和系统集成;过程深化方面,注重绿色化学和微化工;在制造方式方面出现3D打印技术和社会化制造趋势;在能源革命上可再生能源系统和互联网技术的结合必将引发新的变革。

传统的过程工程,是眼睛所能看到的世界,以米为单位,随后出现“三传一反”的原理和化学工程。其涉及的原理为经典力学思维,至多到相对论,而经典力学告诉我们,一切都是精确的,一切都是有轨道的。而另一个非常不同的世界观,即量子力学,告诉我们一切都是变化的,就如同轨迹飘忽的电子“云”一般,它支撑着产品设计和分子设计。量子所涉及的领域不一样。未来的过程工程当中,我们需要为过程工程和过程工业建立两种新基础:

分子设计到产品设计。过去我们只关心颗粒,而颗粒到了纳米水平会发生自组织,而小到分子水平,会发生自我组织、自我识别和自我复制,这在宏观上是很难发现的。

另一种角度则走向更宏观。例如东京大学前任校长是化工领域的资深教授,却研究大气环流。

导致转型的另一个因素是绿色化学和微化工。绿色化学强调原子经济性,即每一个原子都应得到应用,最后走向环境友好。对于化工等过程工业而言,由实验室的小规模走向产业规模的工程放大极其重要,会耗费大量财力、时间和精力,且风险性高,而微化工使得许多高温高压瞬间进行的反应可以以简单累加的工业放大方式完成,这也直接导致过程工程整个形态的变化。

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