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追寻每一个碳原子的前世今生,西湖大学王蕾获冠名“中植助理教授”
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公共事务部 2021年06月08日
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6月8日上午,西湖大学举行简单而隆重的冠名教授仪式——工学院特聘研究员王蕾从中植企业集团董事局主席兼首席执行官解直锟手里接过雄狮纪念杯,成为“西湖大学中植助理教授王蕾”。

中植企业集团董事局主席兼首席执行官解直锟(左)为西湖大学中植助理教授王蕾(右)颁发雄狮纪念座


捐赠冠名教授席位在剑桥、耶鲁等海外高校已有数百年传承的历史,成为现代大学制度的一部分。科学家获得冠名是一种荣誉和激励,意味着他在相关领域的工作获得了社会鼓励或认可;而冠名企业或个人的捐赠,又将支持科学家心无旁骛地在科学世界里自由探索,推动人类社会前行。

中植冠名王蕾,无疑让人们对这位年轻的女PI充满了好奇,王蕾是谁?她在西湖大学做什么?

“本科就读于清华,获英国帝国理工大学硕士、博士学位,曾担任荷兰皇家壳牌公司高级研究员。2019年8月加入西湖,研究内容主要包括废弃生物质转化技术、产业链的经济可行性和环境可持续性研究……”

官网上简单的几句介绍,让人们看出了一些端倪,她的研究与环境有关,与当下的热词“碳中和”有关。


她的研究:追寻每一个碳原子的前世今生

王蕾的实验室名称叫“生物质能源与材料实验室”,乍一听有点拗口,其实不难理解。生物质,即光合作用形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。以我们经常吃剩的甘蔗渣为例,它就是一种“生物质”,也是王蕾在清华时的关注对象。如果把甘蔗渣中的纤维素、纤维素和木质素分离,然后对其中的纤维素进行酶水解技术处理,即可生成一种生物燃料——二代乙醇。而以往人们通常用玉米等农作物来生成生物燃料,显然,利用甘蔗渣等废弃生物质作为原料,在满足能源需求的同时更能大大节省粮食资源。

“事实上,生物质是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源——生物质能源的基础,全球每年仅植物生产的纤维素就超过1800亿吨,远远多于2019年80亿吨的油气开采量和近4亿吨的合成塑料产量”,王蕾说。因此,生物质预处理就是王蕾实验室的研究重点之一。“我们想找到更加高效、低污染、低能耗的预处理办法,分离生物质中纤维素、半纤维素和木质素,为下游的多元化利用提供高品质原料,实现纤维素乙醇和纳米纤维素两个产业的共同突破。”包括如何利用这些分离出来的材料,他们也在琢磨,“我们也在寻找下游一些高价值的利用方向。”

生物质的来源及应用(王蕾实验室供图)

但这些研究,不是王蕾实验室的全部。

本科毕业后,王蕾前往英国帝国理工大学深造。她的导师Richard Murphy的研究内容之一是环境方面的评估,也就是“全生命周期评价”。这是一种系统化定量描述评价产品整个周期(从制造、使用到废弃、再利用)的各种资源、能源消耗和环境排放,并评价其环境影响的方法。“这个方法论在国外做得比较早,在欧盟国家像丹麦、瑞士等,上世纪九十年代就已经萌生了。它不仅关注一个技术,而是关注一个产业链。从一个产品的原料获取,再到生产、运输以及利用,这样全链条来评估它对环境的影响。”

简单举例说,当巴西用甘蔗产生物乙醇时,会不会因为占用了玉米或者大豆的粮食作物用地,而引发雨林砍伐?而这种土地利用方式变化会带来多少额外的二氧化碳排放?

全生命周期产业链(王蕾实验室供图)

这种“宏观视角”的研究,需要更加交叉的学科背景,更加系统的思维模式,不是用单一技术去实现某一领域的“碳中和”,而是追踪每一个碳原子的“前世今生”。“在碳排放(即温室气体排放)评估为主的基础上,引入新型污染物对水质、对水资源的影响。”同时,王蕾实验室也将这种方法和生物质能源的研究相结合,她说:“在探索上游制备和下游高值化利用新技术的同时,结合全生命周期评价可持续发展评价手段,全面验证新工艺的可行性和指导生物质产业链的设计,确保新技术不会带来新的环境问题。”

在西湖大学上百个不同方向的实验室中,这是为数不多有在研究系统性方法论课题的实验室。


她的成长:散养童年成就的“工程女孩”

与王蕾聊天是一件惬意的事。她来自河北石家庄,有一口纯正的普通话,并且嗓音优美,表达清晰,逻辑缜密,兼具理科生与文科生之所长。从出国到回国,她的决定都很干脆利落,人生目标明确,她说:“我一直以来就对工程感兴趣。”

这样的王蕾从何而来?

每个人的思维模式,多少会在她的成长经历中有迹可循。

童年时代的王蕾,基本处于散养状态。放学后的无数个夜晚,是她和自己独处。因为父母工作很忙,从小学二年级开始,每天放学后,她挂着小钥匙自己回家,自己做饭,吃完后独自写作业。开小差、磨洋工、拖延症,多数人儿时的通病在王蕾这里不是问题,“我永远是先把作业写完再去玩,放假的时候也是。不然会总会记挂着,很难受。”

小学升初中,这个自律的女孩遭遇了人生第一次挫折。“当时进入初中实验班,同学都很牛,我是抓住‘尾巴’考进去的,第一次数学摸底考居然没及格。”卷子发下来后,王蕾在教室外嚎啕大哭,下决心一定要把数学学好。或许正是这一哭,激发了王蕾的“开挂”人生——后来数学果然成为了她学得最好的一门课。随后,她叩开了清华大学化工系的大门。

之后进入帝国理工学习,导师最初给的两个课题,在她眼里都有些“中规中矩”。“我希望能结合自己的化工背景,做一些‘交叉创新’”。她尝试将化工过程模拟的方法应用在了项目中——在自主设计的小规模酶水解反应器筛选和优化预处理废弃纸张的试验结果上,她建立了化学反应动力学模型,并通过化工过程仿真模型放大和优化进行经济可行性分析的研究——看似简单的“跨界”成果,在第19届欧洲生物质与生物能源大会上,被授予了杰出研究成果奖。

第19届欧洲生物质与生物能源大会获得杰出研究成果奖(王蕾供图)

王蕾回国之前的最后一段经历,是在全球石油巨鳄荷兰皇家壳牌公司环境战略组担任研究员及高级研究员。如果说,之前的学习和科研工作,教会她如何做一个研究者,那么在壳牌的工作经历,则教会她如何成长为一名领导者。“那里的环境和大学完全不一样,你需要跟不同人打交道,老板、下属、实习生,所以必须学会表达,学会沟通,学会协作,还有很重要的一点,平衡之术。”企业中有各种各样的同行评论机制,曾经有一段时间王蕾很紧张别人对自己的评价,已经到了无所适从的地步。王蕾说:“不过后来渐渐明白了——你不能不在乎别人的评价,但是也不能太在乎别人,还是得坚持自己的方向。” 

还记得在读本科的时候,为了解整个炼制厂的全貌,王蕾和同学们曾爬上高高的石油化工塔。登顶塔尖俯视地面的那一刻,她被那庞大而有序的系统震撼到了:“每一个环节都很重要,缺一不可!”

来到西湖之后,这位系统思维者以熟稔的系统化、全局化思维,与西湖大学生物质能源与材料实验室的团队,一起探索和规划人类、材料、能源和环境有机和谐相处的更多可能。

白岩松曾说,科学家一定要有一种上帝视角。他对西湖大学期待之一是,“你们要站在全人类的痛处去思考问题”。