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留美化工专家顾毓珍教授与生物燃料研究
发布人: 发布时间: 2014-12-23 作者: 访问次数: 24

在国际市场油价持续保持在高价位的情况下,世界各国将目光再次转向生物能、风能、太阳能等可再生清洁能源。生物燃料属于生物能源,是以薪柴、农林作物、农作物残渣、动物粪便和生活垃圾等生活物质为载体的能源[1]。仅地球上的植物每年可生产的生物燃料量,就相当于目前人类每年消耗的矿物能的20倍。据世界自然基金会发表的最新报告称,到2020年西方工业国家15%的电力将来自生物能发电,而目前生物能发电只占整个电力生产的1%。新华网巴黎2004915日(记者杨骏)报道称,最近一个月来,从法国总统希拉克、总理拉法兰到众多部长们都分别发表讲话,支持发展生物燃料。法国已经推出了雄心勃勃的生物燃料发展计划,力争使法国成为世界生物燃料大国美国明尼苏达大学一个研究小组在新一期《国家科学院学报》上发表论文指出,生物燃料的效率是不容置疑的。他们对美国生物燃料生产的分析表明,无论乙醇燃料还是生物柴油,燃烧产生的能量都大于人们在种植和提炼过程中投入的总能量,其中生物柴油所产能量比投入能量高93%,而乙醇燃料所产能量比投入能量高25%”。美国计划到2012年生物柴油产量将从现在的3000万加仑,增加到1.24亿吨加仑。欧盟是世界目前柴油机生物燃料的最大生产者。2003年,他们利用大豆油等生产了140万吨生物柴油。从200510月,德国8个地区的许多汽车都用上了豆油和菜子油。利用棕榈油作发动机燃料的国家也越来越多。目前我国在这方面已取得了初步性进展,据《科技日报》200688日第8版报道称,到今年12月一座年生产能力为一万吨的酶化生物柴油生产厂将在上海建成。党的十六大从全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化建设的全局出发制定了《国家中长期科学和技术发展纲要(20062020年)》。希望经过15年的努力在若干重要科学技术领域实现的八大目标之一就是能源开发、节能技术和清洁能源技术取得突破,促进能源结构优化,主要工业产品单位能耗指标达到或接近世界先进水平。我国到2010年、2015年、2020年分别需要4亿吨、5亿吨和6亿吨石油,每年的供应缺口量约为1亿多吨。由此可以看出,在石油已成为汽车、航空等大发展的主要制约因素的今天加速研究和开发生物燃料是目前和中长期规划期间亟待解决的问题。其实早在抗日战争初期的国民政府为解决抗战时期的汽油问题就已经开始试图利用生物燃料来替代汽油,最早提出并从事这项研究的科学家非时任国民政府之中央工业试验所研究员的留美归国博士顾毓珍先生莫属[2-5]

 

顾毓珍(19071968, 英文名: Eugene C. Koo),190739出生于河北省保定市。顾毓珍兄妹7人,一门五博士:顾毓琇为美国麻省理工学院理学博士,顾毓琦为德国汉堡大学医学博士,顾毓瑔为美国康乃尔大学哲学博士,顾毓珍为美国麻省理工学院理学博士,顾毓瑞为台湾文化大学博士。1917年其父顾赓明去世,母王镜苏携子女返回原籍江苏无锡。顾毓珍1921年考入北京清华学校,先后就读于清华中学部和大学部。1927年夏毕业于清华预科,同年8月以优异成绩进入美国麻省理工学院就读于化学工程专业,并于19295月获学士学位。旋即进入该校研究生院继续攻读化学工博士学位,19327月获得博士学位。曾担任《Chemical Engineers Handbook》主编的J.H. Perry教授对于顾毓珍在攻读博士学位期间提出的关于圆管中流体的流动阻力计算公式推崇备至,给予了极高的评价,成为国际学术界公认的顾氏公式[6]。留美期间,作为主要创始人之一,于1930年发起成立中国化学工程学会,长期担任该学会书记工作,对我国化学工程学科的发展起到了积极的推动作用。

1933年回国后,先后任中央工业试验所化学分析室主任(19331937南京时期)和代理所长(19381945重庆时期),主要从事以植物油裂化制液体燃料及大豆油、菜籽油、棉籽油、桐油、芝麻油、蓖麻油、花生油等压榨酿造等方面的试验和研究工作。1947-1949年任北平工业试验所所长。全国解放后至1952年任职于上海同济大学化学系,担任化工原理及工业化学课程教学工作,同时还承担复旦大学、沪江大学和无锡江南大学的化工原理和油脂工业课程教学任务。1952院系调整后到华东化工学院(华东理工大学前身)担任化工机械系教授,化工原理教研室主任、国家科委技术科学学科化学工程专业组组员,上海市第二、第三届政协委员。在多年从事湍流流动时的动量转递和热量传递等理论和实际应用研究的基础上,提出了几种传热强化途径[7],和两种成功应用于我国工农业生产的多级喷动和导向管喷新技术。19687月在华东化工学院逝世,享年61岁。顾毓珍的一生,是致力于为我国化学工业的发展和化学工程学科的开创而积极奋斗的一生,为我国化学工程学科的建设和推动化学工业的发展作出了重要贡献。

1937年“七七卢沟桥事变”后,随着沿海地区的沦陷,滇缅公路的切断,承担中国燃油(汽油、柴油、煤油等)运输的国际交通线被迫陆续中断。“一滴汽油一滴血,十万青年十万军”,日渐严重的油荒不仅极其不利于全国对日作战,而且直接影响了国内交通运输和工业生产。在这种情况下,国民政府于1938年设立了液体燃料管理委员会,一方面加强对用油的管制工作,同时要求科研企业单位研究和开发酒精、桐油等植物炼油技术以代替汽油、柴油等,以利运输之畅通和军民工业之发展。迁至陪都重庆的中央工业试验所在顾毓珍先生及其兄顾毓瑔的领导下,联合其他科研及企业机构积极开展“酒精代汽油、植物油代柴(汽)油、利用木炭、焦煤、木材白煤等固体燃料制备煤气代汽油”等研究开发工作,取得了突出成绩。珍珠港事件爆发后在我国自产的液体燃料(甘肃玉门油矿每年能生产汽油约三百六十余万加仑)中代用品几乎占了全部液体燃料的绝大部分[58]

顾毓珍先生早19341217就提出了“以我国之优越农产情形,若能谋其利用之道,以补石油矿之不足,实尽善尽美之计”[9]的颇具战略前瞻性的观点。同时还叮嘱国人“石油矿有时而尽,一旦告罄,则汽油之来源断绝。故以生产无穷之植物油,制成汽油,实为最有价值之代用品。愿国人未雨绸缪,注意及之。”这话虽为70年前所说,但对于如何应对今日之世界能源发展态势仍具有启迪价值。1933年先生赴菲律宾考察以酒精代替汽油的工业设施,1934年在上海浦东积极筹建中国酒精厂,1937年抗战爆发前又赴日本考察化学工业及人造丝工业。在中央工业试验所内迁重庆后积极从事液体燃料代用品的研究工作,在《中国实业》及《实业部月刊》上发表有关人造丝、酒精代汽油、大豆工业、油脂工业等方面的论文及调查报告二十余篇。1940先生试验成功“氯化钙脱水法制造浓度高达9899%的酒精”以取代汽油,经试车成功而获得专利权。在相同输出功率时消耗酒精量是汽油的1.5倍。同期,任教于武汉大学等校的留德博士吴伯藩先生在以酒精作为汽车动力燃料的研究方面亦取得成功。在顾、吴二位教授指导下,云、贵、川和广西等省相继建立127家(至19453月底全国共建立酒精厂297家),每月产量合计约四百万加仑1944年全国酒精总产量为1200万加仑[10]),有力地支持了抗战期间液体燃料的供给。

在大力推广酒精代替汽油的同时,顾毓珍等人还积极开发植物油压榨技术[11],用诸如桐油、花生油、芥子油、蓖麻油等植物油热裂以提炼汽油、柴油、灯油及润滑油等液体燃料代用品[2]。企业方面根据这些研究结果,设立小型工厂,生产各类液体燃料。先生以菜油为原料,利用气相热分解技术成功开发出“菜油提炼汽油”[912]技术。当菜油油温升至2900C 时,开始出现蒸馏现象。菜油分解产生粗油、水和气体。粗油色深褐,侧视之具有荧光色彩,与矿物油类似,极易燃烧。将粗油进行漂洗(除去不纯物质)后,进行分级蒸馏分别制成精制汽油、灯油和柴油等。从菜油中提炼之精制汽油无色,气味与汽油相若,比重(0.790)较普通汽油略大(当时的亚细亚火油公司生产的壳牌汽油之比重为0.754,虽然其燃烧热量较之从石油中炼制的汽油热量略低,但足以代替普通汽油使用。从菜油中提炼之精制汽油含有较多易挥发物,若继续对其进行分级蒸馏,提炼出一部分溶剂汽油,则余下之汽油成分与从石油中提炼出来的汽油类似,可供内燃机使用。

综上所述,顾毓珍先生是我国生物燃料研究领域的开创者之一,同时也是我国化工实业开发研究的早期研究人员,为我国油脂化学和化学工程学的创立和发展作出了不可磨灭的贡献。1988年为纪念我国化工先驱顾毓珍教授,先生的学生、亲友和有关社会团体在清华大学设立了“顾毓珍奖学金”。

参考 文 献

[1] 黄泽全,有利环保可再生,生物燃料异军突起[N],人民日报,20041216第七版

[2] 顾毓珍,液体燃料[M],正中书局,1936

[3] 顾毓珍,中国十年来之油脂工业[J],化学,1943

[4] 顾毓珍,非常时期之汽油问题[J],东方杂志,1938359):23-28

[5] 中国第二历史档案馆液体燃料管理委员会档案,全宗号829,案卷号242

[6] J.H. Perry, Chemical Engineers Handbook (3rd. Edition)[M]McGraWhill Book Comp. Inc.1950

[7] 顾毓珍,化学工程丛书.湍流传热导论[M],上海:上海科学技术出版社,1964

[8] 中国第二历史档案馆液体燃料管理委员会档案,全宗号829,案卷号1700

[9] 顾毓珍、郑粟铭,菜子油制造汽油试验第一次报告[J],工业中心月刊,19354(1):64-69

[10] 吴志华,抗战时期国民政府汽油问题及其解决[J],甘肃社会科学,20033135-138

[11] 顾毓珍,植物油的压榨[J],化学工程,1937415-20 19385: 47-5269-731940,7: 1-423-25页;194181-4

[12] 顾毓珍、郑粟铭,菜子油制造汽油之研究[J],化学工程,1936,3: 348-353

 

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