徐明 | 守護(hù)人類美好家園
航天員劉啟在妻子和父親逝世后，帶領(lǐng)人類離開地球，開始尋找新家園。這是2019年上映的科幻電影《流浪地球》中的一幕場(chǎng)景，相信很多人到現(xiàn)在還記憶猶新。對(duì)于人類來說，如果沒有生態(tài)宜居的環(huán)境，任何星球都不能稱為家園；而對(duì)清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授徐明來說，人類生存環(huán)境質(zhì)量研究及保護(hù)與改善是他畢生追尋的事業(yè)。
▲徐明在參加會(huì)議
從清華大學(xué)到美國亞利桑那州立大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院、密西根大學(xué)，20年來，徐明深耕環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，永葆科研初心，收獲了累累碩果。2015年，由于在產(chǎn)業(yè)生態(tài)領(lǐng)域作出的杰出貢獻(xiàn)，他被授予國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)（Robert A. Laudise Medal），是首位華人獲獎(jiǎng)?wù)撸?016年，他獲得美國國家科學(xué)基金獎(jiǎng)勵(lì)青年教師的最高獎(jiǎng)（Career Award）；2021年，他獲美國土木工程師協(xié)會(huì)針對(duì)職業(yè)生涯中期科學(xué)家的最高獎(jiǎng)（Walter L.Huber Civil Engineering Research Prize）。如今，帶著多年的科研積淀，他全職回歸母校清華大學(xué)，肩負(fù)起了更大的責(zé)任。
在國際舞臺(tái)發(fā)出“中國聲音”
2015年，當(dāng)年輕的徐明走上國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)會(huì)年會(huì)的舞臺(tái)時(shí)，全場(chǎng)掌聲雷動(dòng)。在此之前他沒想到，自己能成為第一位獲得國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)的中國科學(xué)家。這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)旨在獎(jiǎng)勵(lì)在這一領(lǐng)域取得突出科研成就的科學(xué)家，兩年頒發(fā)一次，每次評(píng)選1人（極特殊情況下有2位獲獎(jiǎng)?wù)撸�。過去，這一獎(jiǎng)項(xiàng)均由歐美科學(xué)家包攬。“這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)采用提名制，提名人需要找到其他專家向?qū)W會(huì)一同撰寫候選人推薦信，后經(jīng)相關(guān)委員會(huì)遴選后評(píng)出。”徐明在開會(huì)前知道，他在密西根大學(xué)的同事給他提名了，但卻沒想到這項(xiàng)榮譽(yù)會(huì)頒發(fā)給自己。“當(dāng)時(shí)我挺驚喜的，因?yàn)槲宜赖漠?dāng)年的候選人中，有幾位專家都很有實(shí)力。”在獲獎(jiǎng)后他提到，“我要感謝團(tuán)隊(duì)的所有成員，如果沒有他們做的一些基礎(chǔ)工作，也不會(huì)有我后來取得的成果。”
除了感恩，徐明更感到自豪。從世界范圍來說，發(fā)端于現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)與工程中的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和環(huán)境系統(tǒng)工程，正式成為一門綜合性學(xué)科還是近二三十年的事情，并且長期以來一直是由歐美科學(xué)家主導(dǎo)的。近十年來，隨著越來越多中國科學(xué)家的身影出現(xiàn)在國際舞臺(tái)上并不斷地成長，這一領(lǐng)域發(fā)出了更多的“中國聲音”。
雖是新興學(xué)科，但是對(duì)環(huán)境問題的探究和處理自古已有，到如今，只是看問題的角度不同了。徐明所在的環(huán)境系統(tǒng)工程屬于環(huán)境工程領(lǐng)域的一個(gè)分支（方向），就很好地詮釋了“角度”的意義。“環(huán)境系統(tǒng)概念提出的意義是把人類環(huán)境作為一個(gè)統(tǒng)一的整體看待，避免人為地把環(huán)境分割為互不相關(guān)的支離破碎的各個(gè)組成部分。”
徐明舉例說，環(huán)境工程中，人們會(huì)研究怎么處理污染物、廢物，但是后來大家發(fā)現(xiàn)，污染問題實(shí)際上是一個(gè)社會(huì)性問題，并不只是和環(huán)境有關(guān)而已，而是涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的方方面面。“不能一直只追著污染跑，哪里有污染就去處理哪里的問題。這是‘頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳’的做法。”
傳統(tǒng)環(huán)境工程是研究物質(zhì)（污染物）在自然介質(zhì)（水、土、氣等）中的流動(dòng)，環(huán)境系統(tǒng)工程雖然也是研究物質(zhì)（資源和污染物）的流動(dòng)，但不同之處在于，后者研究的是物質(zhì)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中流動(dòng)。如果把傳統(tǒng)的環(huán)境工程比作“實(shí)踐表”或“路線圖”，那環(huán)境系統(tǒng)工程更像是“工具”和“思路”，“我們要為即將付諸實(shí)踐的行動(dòng)起到?jīng)Q策支撐的作用”。
徐明舉例說，某行業(yè)用了多少鋼材，這些鋼材又變成了多少產(chǎn)品，這些產(chǎn)品最后變成多少廢物，這些都是環(huán)境系統(tǒng)工程研究的主要范疇。“我們實(shí)際最終的目的，是為解決環(huán)境問題提供一些社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度、產(chǎn)業(yè)角度的政策建議，而非傳統(tǒng)環(huán)境工程研究那樣提供技術(shù)解決方案。”
在清華大學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的徐明，在國外學(xué)習(xí)工作多年后，對(duì)此有著更深的體悟。他所從教的美國密西根大學(xué)，位于底特律都市圈，是美國乃至全世界最大的汽車工業(yè)中心，被譽(yù)為“世界汽車之都”。2010年，圍繞“清潔能源汽車”，中美清潔能源研究中心聯(lián)合項(xiàng)目啟動(dòng)開展。項(xiàng)目為期5年，集結(jié)了包括密西根大學(xué)和清華大學(xué)在內(nèi)的中美多所高校、研究機(jī)構(gòu)。項(xiàng)目希望通過兩國科研工作者在清潔能源汽車技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施和政策等方面的共同努力，在全世界范圍內(nèi)推動(dòng)清潔能源汽車的發(fā)展。徐明有幸參與其中，并收獲滿滿。
在徐明看來，國內(nèi)的研究更偏應(yīng)用，更傾向解決實(shí)際的問題；而在國外，則更關(guān)注從理念或理論方法上進(jìn)行改進(jìn)和突破。在隨后由他主導(dǎo)的另一項(xiàng)研究中，他更是取得了突破性的成果，并由此獲得美國國家科學(xué)基金獎(jiǎng)勵(lì)青年教師的最高獎(jiǎng)。再次回憶起當(dāng)時(shí)的情景，徐明談到讓他印象特別深刻的“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”：“當(dāng)人們?nèi)ッ枋龉I(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)單元過程所產(chǎn)生的污染物排放及資源能源消耗時(shí)，需要用數(shù)據(jù)來說話。但此時(shí)數(shù)據(jù)缺失或不完全，后面的工作就沒法進(jìn)行。換一種思路，我們從數(shù)據(jù)中找到了規(guī)律，用這個(gè)規(guī)律去生產(chǎn)未知的數(shù)據(jù)，甚至都不需要知道這些過程背后的機(jī)理。”這是一個(gè)神奇的過程，并且很有意義，“過去很多研究中需要的數(shù)據(jù)，都是通過調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析而來，耗時(shí)耗力甚至無法完成。但在這個(gè)項(xiàng)目中，我們突破了‘尋找規(guī)律’的難題，通過訓(xùn)練模型做到了‘用數(shù)據(jù)來生產(chǎn)數(shù)據(jù)’。”他坦言，這是一種“非常有潛力的方法”，“是一種研究范式的改變”，對(duì)自己啟發(fā)很大。
雖然自2006年開始一直在國外讀書、工作，但徐明的目光始終沒有離開過自己的祖國，立志在環(huán)境領(lǐng)域有所作為，回國就是最好的機(jī)會(huì)�；貒坏桨肽�，為了更好地理解當(dāng)下的政策環(huán)境并找到未來的發(fā)力點(diǎn)，他會(huì)重點(diǎn)關(guān)注國家在生態(tài)文明的戰(zhàn)略部署。他提到，習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中指出，要推動(dòng)綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生。尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家的內(nèi)在要求。“這次會(huì)議對(duì)推動(dòng)綠色發(fā)展、促進(jìn)人與自然和諧共生作出重大安排部署，為推進(jìn)美麗中國建設(shè)指明了前進(jìn)方向。”
在“生命周期”中追尋“碳足跡”
氣候變化是當(dāng)前突出的全球性挑戰(zhàn)之一，事關(guān)國際社會(huì)共同利益，在很多國際會(huì)議上經(jīng)常被提及，徐明對(duì)此深有體會(huì)，他提到，地球氣候惡化已久。對(duì)此，科學(xué)家早已基本達(dá)成共識(shí)——人類自工業(yè)革命開始以來的活動(dòng)，改變了氣候并且開始導(dǎo)致地球升溫，原因主要集中于人類對(duì)地球碳循環(huán)的干擾上。
2020年9月22日，我國提出力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)，這是中國在氣候變化方面的莊嚴(yán)承諾。習(xí)近平總書記也曾多次強(qiáng)調(diào)，“應(yīng)對(duì)氣候變化不是別人要我們做，而是我們自己要做”，是我國可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，是推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。黨的二十大報(bào)告明確提出，要統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、污染治理、生態(tài)保護(hù)、應(yīng)對(duì)氣候變化；積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和。
“中國作為世界上最大的發(fā)展中國家，將完成全球最高碳排放強(qiáng)度降幅，用全球歷史上最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)從碳達(dá)峰到碳中和，充分體現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)。”徐明早在美國讀書和工作期間就一直密切關(guān)注于此，并且這也成為他回國后主攻的方向之一。
在國家積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的道路上，徐明也有著自己的見解，“實(shí)現(xiàn)碳中和主要有兩個(gè)抓手：從生產(chǎn)端著手采取自上而下的政策驅(qū)動(dòng)方式，從消費(fèi)端著手采取自下而上的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)方式。”為此，他建議采用生命周期的思想（Life Cycle Thinking）來量化和評(píng)估各種產(chǎn)品及技術(shù)在生命周期全過程的資源環(huán)境影響。在他看來，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳中和有3個(gè)方面的重大意義：一是“算無遺策”，識(shí)別系統(tǒng)排放，避免資源環(huán)境問題在其他產(chǎn)品和環(huán)節(jié)的污染轉(zhuǎn)移；二是“敲山震虎”，從消費(fèi)端通過供應(yīng)鏈倒逼生產(chǎn)端減排；三是“有的放矢”，識(shí)別影響大、減排空間大的工藝過程。
徐明介紹：“沿著生命周期的思路，我們就可以評(píng)價(jià)產(chǎn)品真正的環(huán)境影響，識(shí)別產(chǎn)品生命周期中造成環(huán)境影響較大的環(huán)節(jié)，指導(dǎo)消費(fèi)者做出環(huán)境友好的采購決策。這實(shí)際就落到了大家都熟悉的碳足跡上。”
目前，對(duì)于碳足跡的系統(tǒng)邊界并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景也不需要有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般而言，碳足跡是指個(gè)人及其他實(shí)體（企業(yè)機(jī)構(gòu)、活動(dòng)、建筑物、產(chǎn)品等）所有活動(dòng)引起的溫室氣體或二氧化碳排放量，既包括制造、供暖和運(yùn)輸過程中化石燃料燃燒產(chǎn)生的直接排放，也包括產(chǎn)生與消費(fèi)的商品和服務(wù)所造成的間接碳排放。
總的來說，“碳”主要分為兩塊：一塊是“算”，一塊是“減”。碳足跡正是“算”的基礎(chǔ)，“算”清楚了才能“減”明白。把碳足跡核算清楚，是國內(nèi)綠色發(fā)展的需求，其中需要大量數(shù)據(jù)做支撐，而我國目前在這一方面還處于起步階段。
徐明告訴筆者，不同的國家有各自的數(shù)據(jù)庫，如果我們國家沒有自己的碳核算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來支撐，完全依賴其他國家的數(shù)據(jù)做核算，首先不夠準(zhǔn)確，其次“標(biāo)準(zhǔn)”會(huì)永遠(yuǎn)掌握在他國手上。
歐盟目前正在提出新的“電池法案”，計(jì)劃未來只有已建立碳足跡聲明的可充電工業(yè)和電動(dòng)汽車電池才能進(jìn)入歐盟市場(chǎng)。不只是電池行業(yè)，韓國、法國、意大利、瑞典等國家都對(duì)其他新能源產(chǎn)品（如光伏產(chǎn)品）的碳足跡提出要求。所以，“碳壁壘”正在成為國際貿(mào)易中的新技術(shù)壁壘。“當(dāng)務(wù)之急，是要建立中國自己的碳足跡、環(huán)境足跡核算的可信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫”，這也是徐明回國后正在著手推進(jìn)的工作。
碳足跡核算會(huì)面臨較大的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)，基于這一挑戰(zhàn)，徐明向大家介紹了鏈接預(yù)測(cè)方法，這一方法基于數(shù)據(jù)科學(xué)的研究范式，根據(jù)已有數(shù)據(jù)對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以滿足碳足跡核算對(duì)于數(shù)據(jù)完整性的需求。
萬事開頭難，這句話用在數(shù)據(jù)庫建設(shè)的開始再形象不過。徐明說：“首先，獲取的數(shù)據(jù)來源多種多樣，格式、定義標(biāo)準(zhǔn)不一，需要做大量的基礎(chǔ)工作讓它們標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化。其次，缺乏可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)來源是一個(gè)更大的難題。很多數(shù)據(jù)中隱含著企業(yè)的工藝流程、產(chǎn)品配方等商業(yè)機(jī)密，還沒有成熟的數(shù)據(jù)開放與共享機(jī)制。”基于在美國完成的項(xiàng)目，徐明有自己的經(jīng)驗(yàn)。“一方面，我們前期拿到足夠的數(shù)據(jù)后，可以通過模型訓(xùn)練來填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)。如果未來有更好的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，我們?cè)偌右苑答侐?yàn)證；另一方面，可研發(fā)接入可信數(shù)據(jù)空間等新一代數(shù)據(jù)流通基礎(chǔ)設(shè)施，打造碳足跡核算的‘數(shù)據(jù)支付寶’，攻克數(shù)據(jù)開放共享過程中普遍存在的數(shù)據(jù)確權(quán)、隱私泄露、存證溯源等關(guān)鍵痛點(diǎn)。”
在搭建數(shù)據(jù)庫的同時(shí)，徐明還在做另外一件事，那就是對(duì)工業(yè)基因組進(jìn)行分析，“這也是一件長遠(yuǎn)的事情”。類比生物基因組學(xué)的研究，他認(rèn)為工業(yè)系統(tǒng)中存在“工業(yè)基因組”——單元過程是工業(yè)基因，產(chǎn)品和技術(shù)的生命周期是工業(yè)基因組，產(chǎn)品和技術(shù)就像生物物種一樣。做工業(yè)基因組研究的環(huán)境的意義在于，可以清查工業(yè)體系中的產(chǎn)品技術(shù)和過程，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的分類，進(jìn)而對(duì)不同行業(yè)的技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行基因測(cè)序，明確所涉及的工業(yè)過程，然后形成工業(yè)基因組的圖譜，以找到解決工業(yè)環(huán)境問題的基因密碼，最終有望逐步建立起工業(yè)基因組學(xué)。
在清華收獲欣慰和滿足
“（20世紀(jì)）50年代淘米洗菜，60年代洗衣灌溉，70年代水質(zhì)變壞，80年代魚蝦絕代。”一段民謠真實(shí)刻畫了淮河飽經(jīng)滄桑的歷史，淮河和沿岸人民在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程中經(jīng)歷著切膚之痛。1995年8月8日，我國治污史上的第一個(gè)重大工程——淮河污染治理啟動(dòng)。那時(shí)起，《新聞聯(lián)播》里就會(huì)常常播放淮河治污的新聞。未承想，環(huán)境保護(hù)也在徐明這位出生在甘肅的少年心里播下了一顆種子。
1999年，天資聰穎的徐明參加高考，以全省第二的好成績被清華大學(xué)錄取。以當(dāng)時(shí)的高分，他可以選擇任何一個(gè)專業(yè)就讀，懵懵懂懂的他憑借腦海里“環(huán)境保護(hù)好像還挺有意思”的記憶，誤打誤撞選擇環(huán)境工程專業(yè)，走進(jìn)了環(huán)境科學(xué)的大門。到如今22年過去了，他從未改變方向，依然在這條路上腳踏實(shí)地地做研究，用他的話說“可能是一種路徑依賴”。
“我剛進(jìn)清華時(shí)，這里還叫環(huán)境科學(xué)與工程系，后來才改為環(huán)境學(xué)院。”從本科到研究生的7年里，徐明忘不了自己初入清華園的激動(dòng)，忘不了勤學(xué)苦讀時(shí)的堅(jiān)持，忘不了清華學(xué)子眼里閃耀的光芒。而最讓他難以忘懷的，是清華大學(xué)“行勝于言”的校風(fēng)。“這4個(gè)字對(duì)我來說幫助非常大，不光是在清華大學(xué)的那7年，包括我后來在國外讀書工作期間，它都是支撐我前行的精神。”在這種精神的影響下，“什么事情先去做，少去說”成為他的行事風(fēng)格。
時(shí)隔多年，徐明仍然記得研究生導(dǎo)師張?zhí)熘淌趯?duì)自己的“放縱”。“研究生一般都會(huì)在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下完成一些課題研究，但是張老師卻對(duì)我說，有一些項(xiàng)目可能科學(xué)價(jià)值并不是那么高，你要覺得不喜歡可以不去做，去做你感興趣的課題吧。”研二那年，導(dǎo)師破例給了他一個(gè)博士生才可能獲得的出國開會(huì)的機(jī)會(huì)，讓他去瑞典參加行業(yè)的學(xué)術(shù)會(huì)議，領(lǐng)略國際領(lǐng)域的前沿。在那里，他也見到了只在領(lǐng)域?qū)W術(shù)文章中出現(xiàn)名字的“大咖”�；貋砗螅烀鞯膬�(nèi)心不再平靜了，他體會(huì)到不一樣的學(xué)術(shù)氛圍，“我想出去看看，多學(xué)一些新的東西”，導(dǎo)師張?zhí)熘矊?duì)他的想法十分支持。
申博的過程仿佛順理成章，也異常順利。就這樣，2006年，徐明前往美國亞利桑那州立大學(xué)攻讀博士學(xué)位，博士畢業(yè)后在佐治亞理工學(xué)院進(jìn)行了短暫的博士后研究，之后在密西根大學(xué)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學(xué)院工作，在海外一待就是16年。
優(yōu)秀的學(xué)生在精進(jìn)學(xué)業(yè)、發(fā)展的路上都有著相似的天賦�；蛟S，徐明的經(jīng)歷是許多留學(xué)生在國外從事學(xué)術(shù)研究的一個(gè)縮影，成功并不容易，甚至可以說是艱辛萬分，他通過努力獲得了豐碩成果，雖然在采訪中他對(duì)這些過往艱辛只字不提。
關(guān)于回國，很多人都問徐明，是不是因?yàn)橐咔椴艜?huì)選擇回來。他說：“我的本科、碩士都是在國內(nèi)讀的，是國家培養(yǎng)了我。這些年，國家加大力度對(duì)待環(huán)境問題，在國內(nèi)我也有可以發(fā)揮所長的陣地，而且是為我們自己做的。不管有沒有疫情，這些（回國）都是在我的計(jì)劃之內(nèi)的。”
千帆不墜青云，歸來仍是少年。徐明猶記清華環(huán)境學(xué)院錢易院士在給全校大一新生上的第一堂課上說：“一個(gè)人終身為之奮斗的事業(yè)，應(yīng)該是利在天下、利在萬世。我這一生，不求金錢，不求地位，但是每次一想到，自己為之努力的這兩項(xiàng)事業(yè)：教育和環(huán)保，都是利在天下、利在萬世的，我就感到非常欣慰滿足了。”每當(dāng)回想起這番話，徐明的內(nèi)心都會(huì)無比崇敬，“錢先生是我的榜樣”。
如今，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院本科生大一新生“環(huán)境與地球科學(xué)概論”的課堂上，又多了一位春風(fēng)化雨的老師；我國環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域里，又多了一位腳踏實(shí)地的年輕科學(xué)家。
專家簡介
徐明，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院碳中和講席教授，研究領(lǐng)域涉及環(huán)境系統(tǒng)工程和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。2003年與2006年分別獲清華大學(xué)環(huán)境工程學(xué)士、環(huán)境科學(xué)與工程碩士學(xué)位，2009年獲美國亞利桑那州立大學(xué)土木與環(huán)境工程博士學(xué)位。曾任美國密西根大學(xué)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學(xué)院教授和土木與環(huán)境工程系教授，同時(shí)兼任環(huán)境領(lǐng)域國際知名期刊《資源節(jié)約與循環(huán)利用》（Resources, Conservation & Recycling）主編（2021年影響因子：13.716），并當(dāng)選國際產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)會(huì)主席（任期2023—2024年）。
來源：科學(xué)中國人
