风劲扬帆济沧海 俯指波涛更从容
编者按:聚烯烃工业是一个国家石化工业发达程度的重要标志。九十年代以来,由于亚洲各国经济高速增长所带来的对聚烯烃材料的多方面需求,使得世界聚烯烃生产能力经历了20多年的高速增长,全球总产能达到一亿五千万吨。但这种高速增长同时加剧了世界聚烯烃材料市场常规低端产品供大于求,高端产品生产技术和市场则由欧、美、日为数不多的聚烯烃公司垄断的现象。在这种情况下,只有加大技术开发力度,掌握最先进的高端聚烯烃生产技术,才能对内降本增效、提高产品附加值、弥补高端产品市场空缺,对外减少依赖、掌控高端聚烯烃产品市场竞争力和话语权。众所周知,聚烯烃材料生产技术的关键在于催化剂,聚烯烃树脂性能的提升与新型高性能聚烯烃催化剂的开发有着极为密切的关系。所以促进聚烯烃催化剂的创新发展对实现我国聚烯烃工业的中、长期战略目标具有十分重要的意义。
他是一位成功的科学家,但绝不是单纯科研成果的创造者,在他精勤不倦的步伐中,除了有坚定执着的力量外,还有浓浓的社会责任感;他是一位智慧的引领者,但不仅仅是知识的灌输者,在他矢志不渝的坚持中,除了有赤诚无私的学者之风,还有对新一代创新人才成长成熟的更多期盼;他是坚定目标后,困难面前不言放弃,勇登光辉顶点的胜利者;是花甲之年,依旧为国家发展,人民福祉奋战在科研一线的坚守者......;勤勉如他,坚毅如他,厚重如他,奉献如他。
他,就是国家‘千人计划’特聘专家、中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院副总工程师辛世煊博士。
科研路上砥砺前行
作为上世纪五十年代出生的一代人,辛世煊工作伊始恰逢改革开放,祖国迎来科学的春天。老一辈科学家钱学森、邓稼先等人对科学事业无怨无悔的奉献精神深深影响着他,使他坚定了探索自然、探索科学的决心。
在大学讲坛耕耘十载之后,深感基础知识不够系统,辛世煊选择了再次出国深造,并于1995年5月获加拿大麦吉尔大学(McGill University)理学博士学位,同年6月进入滑铁卢大学(The University of Waterloo)从事博士后研究。这期间,他的博士后导师正在承担加拿大国家重点研发项目,与加拿大最大的聚烯烃公司合作,结合该公司的生产工艺开发新一代聚烯烃催化剂。机缘巧合之下,辛世煊从研究小分子催化活化转化,开始转向系统深入的单活性中心聚烯烃催化剂研究,并将此作为科研人生的不二选择。
出国深造期间,辛世煊也被自己导师的博学与远见卓识所感动。在一起讨论科研进展和前沿领域动态之余,他们探讨的另一个主要话题是中国西部地区沙漠化的历史起因和治理方法。这位当时国际一流科学家从未涉足中国大地,却明确预示中国的改革开放与经济快速增长可能会给中国社会带来严重环境问题。上世纪80年代这位科学家就指出:“快速的工业化进程和经济发展、以及对自然资源的过度和无节制开发,将会带来对环境的不可修复的破坏和严重的污染。伦敦50年代的酸雾是非常惨痛的教训”。事实也确实如此,今天我们看到大面积國土雾霾频发,全国性地下水源、土壤、江河湖海污染,后果触目惊心。也正是这位前辈科学家的前瞻性和严谨治学的精神,对辛世煊后来的工作影响深远。
另外,导师虽然当时已经是金属有机催化和有机硅化学研究领域的国际权威,但他经常告诫辛世煊:“荣誉和成就只代表过去。作为科学家,我们的责任是为人们创造更好的生活。因此做化学、化工研究过程中,在开发新产品和新材料的同时,首先要考虑节能和消除环境污染。为人类提供更先进舒适的物质消费和更好的生活环境。”
正是这样的谆谆教诲,让辛世煊多年来始终将研究聚焦在小分子的催化、活化、转化领域,除了专注于聚烯烃催化剂和聚烯烃新材料研究,还涉足高性能合成橡胶材料的研究开发,同时对于可再生资源利用和储能材料研究的前沿领域进行长期跟踪,经常与相关领域专家交流,不断开阔眼界、拓展思维。
掌握了充足的基础知识和科研思路后,创造价值似乎更有说服力。1998年,辛世煊入职德国拜尔公司(Bayer AG)中央研究院任资深研究员,从事新型烯烃聚合催化剂的设计、合成、聚合工程研究,开发了新型给电体/受电体茂金属催化剂体系,并成功应用该催化剂体系制备超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)和超高分子量乙丙胶(UHMW-EPDM)材料及其聚合生产工艺。2001年加盟日本三菱化学科学技术研究中心任主席研究员,先后领导完成了柔软、透明、耐高温聚丙烯材料-弹性聚丙烯(ELPP)催化合成,烯烃/极性单体共聚催化等多项重大工业催化体系和聚合工程开发研究。这段海外工作经历,让他积累了丰富的单活性中心聚烯烃催化剂与烯烃聚合工艺开发的宝贵经验,同时亲身体验了聚烯烃产业发达国家的科研管理模式和战略研发构思,为他今天的工作奠定了坚实的基础。
孜孜以求助力发展
思乡之情是流淌在华夏子孙血液中亘古不变的情怀,科研报国也是众多海外莘莘学子表达这一情怀的最佳方式。2010年12月经中组部批准,辛世煊博士入选国家第五批“千人计划”,2011年7月全职回国到中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院领导合成树脂研发工作,开启了他实现多年科研报国的夙愿之旅。
作为国际聚烯烃领域知名科学家,辛世煊博士长期致力于金属有机催化人工合成新型有机高分子材料这一国际前沿技术研究,取得一系列重大研究成果。新型给电体/受电体茂金属烯烃聚合催化剂体系;透明、柔软、耐高温聚丙烯材料-ELPP催化剂体系;烯烃-极性单体配位共聚合催化剂体系;超低磨耗抗蠕变聚乙烯材料;超高分子量聚丙烯材料等均居世界领先水平,在国际单活性中心工业催化剂研究领域享有特殊的地位。他在茂金属催化烯烃聚合动力学研究方面与加拿大科学家共同提出 “Two-Stage Model”,推导出完整的聚合反应动力学方程,在理论方面具有里程碑式意义;在茂金属催化剂设计和应用上,成功创造了一类新型催化剂——准C2对称性茂金属催化剂体系,填补了中国在茂金属聚丙烯催化剂领域的空白。目前准C2对称性茂金属类催化剂体系潜在的科学与工程技术价值和社会经济价值还无法估算,但首先为我国单活性中心聚丙烯工业催化剂领域的发展起到重要推动作用。它曾两次问鼎三菱化学卓越贡献奖,发表论文30多篇,发明专利30多项。
之所以选择金属有机催化人工合成新型有机高分子材料的研究,是因为辛世煊博士深知这类材料与煤化工、天然气化工以及石油化工等国民经济的支柱产业息息相关,是国家石油化工产业发达程度的重要标志。例如,石油在炼制的过程中,一类产品是人们日常用到的各种动力和燃料油品等,另一类产品是烯烃类小分子。后者可以通过催化聚合定向合成出用途各异的聚烯烃类产品,比如树脂、橡胶、合成纤维、粘合剂等。因此,聚烯烃工业是现代石油化工产业链的核心,是国民经济的支柱产业之一。
“目前,我国每年聚烯烃的消费量已经达到4千万吨,国内产能3千万吨。每年大约1千多万吨聚烯烃产品要依赖进口,其中主要是高端高附加值产品。”辛世煊博士说。
其实,聚烯烃材料应用在我们的日常生活的方方面面,例如各种包装袋、包装膜、包装容器等都是聚乙烯或聚丙烯材料终端制品。各种家电制品外壳(比如电热水壶、洗衣机等),汽车保险杠等产品是特殊聚丙烯材料制成的。辛世煊说塑料汽车保险杠材料在业内被称为“高抗冲聚丙烯”,用它替代金属保险杠以后不但有较好的抗冲击和安全性能,而且汽车的自重明显降低,因为“高抗冲聚丙烯” 材料的比重只是钢铁的八分之一。
辛世煊博士还以汽车保险杠为例,介绍了使用聚烯烃材料和使用传统的钢铁材料对环境的不同影响。传统的钢铁需要经过采矿、选矿、冶炼、加工成型等一系列高能耗生产过程,并且钢铁材料比重大,行车单位里程的油耗要高。而使用轻量化的聚烯烃材料不但制造加工过程能耗低,行车单位里程的油耗显然比钢铁低;同时,聚烯烃材料具有较好的抗环境老化性能,可以回收再利用。回收的聚烯烃材料可以通过成熟的技术加工成其他产品,例如可以将其降解制成燃料油品、工业用蜡产品等,从而进一步延伸碳材料的使用寿命和周期。而金属制品因为氧化锈蚀等原因一般很难回收再利用。
辛世煊指出,聚烯烃这类碳有机材料,是人类生存生活不可或缺甚至不可替代的材料。并且,除了用于日常生活,这类材料还广泛应用在航空航天、国防军事、通讯电子、交通能源、医疗卫生等高端领域。比如超高分子量聚乙烯材料是人工髋关节、膝关节置换手术以及防弹衣、防弹头盔等的最佳选择。聚烯烃材料具有非常广阔的市场空间,而且其应用领域还在日益拓展。
全新视角解读创新
实践是检验真理的唯一标准,对于“创新”的解读也只有取得过创新成果的人才更有话语权。辛世煊博士取得了多项创新成果,对创新有独到的见解。他说,创新可以从两个层面讲:一方面,创新是人类永恒的需求。所有人,无论是从事科学、工程、医学,还是从事经济、文学、艺术研究都要去创新,要去发现新东西。因为人类要生存要发展,要始终不断把自己推向生活更加舒适、精神更加文明的新高度。另一方面,探索和创新是人的天性。所有人来到这个世界,都有一种自发或内在的激情和冲动去探索和创新,它是人类的一种自然属性,就是要开拓、要前进。可见,如果能够很好的把人类创新的社会需求和人自身的内在创新动力两个层面有机地结合,那么人对自然规律和社会的认识路径就不会太漫长。同时,一个人的创造力与地域文化(一个国家一个地区形成的长久文化)和他所接受的教育程度和思维的开发程度有关。
辛世煊发现,我国目前的教育体制对人的自然属性,即人对自然、对未知世界的探索能力的开发严重不足,甚至某种情况下在扼杀受教育者的探索精神。不能把人的自然属性,即人对自然的好奇和探索精神最大限度的开发出来,是目前国内教育模式和教育体制存在的最大问题。我们对教育的目的本身存在很大的认识误区。因为每个个体对世界的认知能力非常有限,如果教育不能最大限度的开發这种认知能力,那么个体对世界的认知就会停留在比较低级的层面上。
“国家现在对科学技术创新非常重视,研发的投入力度很大,也产生了一些很有影响力的成果。但因为创新管理机制上存在缺陷,很多时候我们还是跟风式研发,不具任何创新性。跟风永远不会超越,而且你会看到非常有趣的现象,跟风者们经常走入科研的误区或盲区。”辛世煊说。对此,他提出,要改变这种现状首先要从教育入手进行翻天覆地的变革。教育的首要任务是开发被教育者的创造性思维。对受教育者系统的知识传授只是教育的表观形式,知识传授是为被教育者的探索和创造性思维提供必要的工具和营养素,而不是通过系统知识传授把受教育者变成工具。从另外的角度讲,如果没有自身的内在动力,没有对事物的好奇和钻研,没有主动探索和认识世界的激情和冲动,根本无法实现真正的创新。当然,塑造人的创新性思维需要一个过程,必须从教育模式和教育机制的彻底改革开始。
“十二五”期间,我国提出创新驱动发展战略,“十三五”以来,国家更加强调创新驱动。辛世煊博士说,从国家来讲这是一个完全正确的战略方向,并且国家也明确提出了一些关系重大国计民生和国家未来发展战略的重点支持方向,这对实现两个100年“中国梦”的国家战略提供了明确的目标与实现这些目标的保障。但是对于“大众创业,万众创新”这一口号,辛教授有自己的理解与看法。他认为,创新需要有一定的专业技能训练和比较深厚的知识经验积累,只有受过系统性训练的个体才有眼光去发现创新的基点,才有足够的专业技能去解决问题、实现创新。
纵观国内外富有创新思维的大师和科学家们,他们都经过长期系统的专业训练。创新,需要一批极具创新精神的人来引领,但并不是所有人都能胜任引领者的角色。当然,辛世煊教授也深知,在对自然的认知和知识面前人人平等,但是受过长期系统专业训练和具有全球化大视野的人,更有能力实现高层次创新,创造更大价值。因此,他认为国家应该用有限的科技创新投入支持那些经过长期系统专业训练、对国家的未来发展战略、对国强民富的远大目标能够作出理性和正确判断的专家学者,让他们来引领关系重大国计民生的创新发展,保障最大限度的成功,减少失误。“并非任何人都可以引领创新的。”辛世煊强调。
目前,辛世煊教授自己的科研团队组成大部分是刚走出院校的年轻人。在培养创新人才方面,他感触良多。现在是一个知识呈爆炸性增长的年代,他认为对学生传授知识是非常有限的,他更注重对学生能力的培养,使他们能够在自己未来的工作当实践中坚持探索、发现和解决问题,永远保持在自己科研领域的最前沿。他经常利用各种形式把相关学科领域的最新发展和知识呈现给学生,但更注重在科研实践中挖掘学生的潜能,让他们的能力得到系统的提升。这应该是教育者或引领者的最高职责,也是整个社会教育体系应该始终关注的重中之重。
专注未来引领航向
目前,从原材料制备到门类齐全的各式制品加工,聚烯烃材料形成一个超万亿美元的规模宏大的产业,聚烯烃材料应用渗透到国民经济各行各业。但随着社会进步与经济发展,对材料性能的需求也日趋多元化。一些聚烯烃材料有时表现功能不足,需要提升其使用功能,或开发新的性能更加优越的材料。而辛世煊博士目前的主要任务是面向未来开发新型高性能聚烯烃材料。
要开发新的聚烯烃功能材料,可以对现有的传统材料进行加工改性,比如近年来兴起的反应加工和添加改性剂等,或与其他材料物理混合制备复合材料;也可以有目的的开发与传统材料的分子组成和分子结构完全不同的新型材料。这后一个制造过程包括对烯烃聚合催化剂结构设计、聚合原材料设计、聚合工艺过程等的全方位综合创新,是一个庞大的系统工程。
辛世煊博士目前的研发项目包括:新型合成橡胶催化剂体系和高性能橡胶聚合工艺;新型单活性中心聚丙烯催化剂和聚丙烯新材料;新型单活性中心聚乙烯催化剂和聚乙烯新材料;聚烯烃树脂新型改性剂;新型聚烯烃催化剂载体材料和聚合工艺技术;生物基新型聚合物材料。他们目前开发的超低磨耗抗蠕变聚乙烯材料的耐磨性能非常优越,是目前这一类“全碳氢有机材料”中耐磨性能最好的。他希望这一新材料能够尽快用于人工关节制品以及其他工业耐磨制品等方面,发挥其应有的社会效益。他还希望能尽快开发出多功能的单活性中心聚烯烃催化剂用于制备不同的新型高性能聚烯烃材料,为中国聚烯烃工业创造更大的价值。
“人类在创新过程中不断走向高度文明。创新要面临诸多挑战,要有坚韧不拔的奉献精神和坚定不移的目标。作为引领创新的科学家,必须时刻直面挑战,去解决更多更大的难题。”辛世煊博士就是这样一位敢于挑战的科学家,因为他相信,依靠创新去解开更多的未解之谜,才能更好的推动人类文明的进步,创造更加美好的明天!长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。中国的聚烯烃工业是任辛世煊博士遨游的大海,他正在带领他的团队劈涛斩浪、扬帆远航!