2016年1月,在我的反应炉设计重获生机后,我便马不停蹄地飞往印度。
多年下来,我体悟到一个事实:因为我的反应炉设计对象是针对发展中国家的乡间百姓,每当我在MIT碰到研究上的困境或心有困惑时,回到印度的乡间,就等于是回到我工作目标的起点,置身现场,给我的思路及观点带来莫大的助益与启发。
古奈教授和桑托什在我测试失败之后给了几个方向。我对于古奈教授所提出的低氧炭化想法有点共鸣,因此想朝这个方向努力,设计出一个可行方案。
我先前的设计仍然太复杂了,因此强迫自己做更进一步的简化。最后,凭借着以前在肯尼亚制炭的直觉,我画出了一个我深信会成功的设计。
这个设计比我原先的设计更加简化。如果被北美或欧洲做制炭技术的同侪看到了,他们很可能会嗤之以鼻。那又如何?这些同侪的设计是针对美洲或欧洲大型企业的炭化需求所设计的,而我大概是目前唯一针对乡间需求来开发小型炭化设计的工程师了。因此我做出来的设计,只要我自己有信心可以符合发展中国家乡间的需求就行了。
在这趟印度的旅程中,我完成此次设计的剩余细节,然后传给美国的制造商去估价。以前花了整整一年的设计过程,在做过一次之后,第二次快了很多,才一个多月就完成了。
可是,我碰到了一个令我头痛的问题:我已经不再和新罕布什尔州的制造商合作了,反应炉建好之后,要在MIT的哪个地方进行测试呢?
指导教授的实验室那时正在施工装潢,根本没有多余的空间容纳我的反应炉,我必须想办法在MIT找个房间来打造自己的实验室。
去哪儿找这个房间呢?
“记得几年前,MIT有一组学生正在研发生物柴油。”朋友告诉我,“他们团队现在已经解散了。他们当初在测试柴油引擎时一定有个实验室,可以提供燃烧实验的抽风需求。你可以和他们谈谈吗?”
我上网去找了生物柴油社团,发现他们也是MIT全球挑战的获胜者之一。他们的网站已经过时,但我联络上其中一名成员。
“当初我们得到全球挑战的奖金之后,便向MIT申请了一个实验室来进行柴油引擎的测试。这个过程耗时好几个月,很令人头痛。”他也把我介绍给MIT的环境安全健康部门。
环境安全健康部门和我详谈后,便带我去看生物柴油社团那间空空如也的实验室。他们告诉我,这个实验室隶属于MIT的研究副总裁,他们无权给我这个空间的使用权。
最后,我直接写信给MIT的研究副总裁,请她允许我使用这个实验室。我的指导教授也和她洽商。经过几个月,我终于拿到这间实验室的钥匙。
由于我的反应炉会喷火,我也和MIT环境安全健康部门交涉了好几次。他们也规定这间实验室必须安装一些危险气体侦测器。
最后我发现,由于MIT的体制十分庞大,难免会存在一些官僚制度。例如,争取实验室的使用权,就让我头痛了好几个月。所幸,MIT的官僚系统不会极尽刁难,只要有适合的理由和目标,并且极具耐心地一次又一次解释,相关单位还是会理解并释放善意的。
3月时,制造商已经建造好了新设计的炭化炉。我把不同的零件带回MIT组装。这时梅根已经毕业,桑托什也去做其他研究,因此在未来的几个月内,只有我和机器在实验室里独自相处。
首先,我做了一个最简单的测试。我把木屑喂入反应炉,但是没点火。接着转动马达,让同样的木屑从另一头出来。
没想到这么简单的测试也出现了几个问题,于是我又花了一两个月的时间去修正。有时我觉得通过制造商去修改太慢、太贵了,便把反应炉零件拆下来,直接拿到MIT的机械厂房自己动手钻洞切割。光是这样的动作,一天可以来回好几次。连这个最简单的测试,也让我经过一二十次的修正才把问题解决。
接着,我前进到第二步:把木屑喂入反应炉,但是马达暂停。送入的只是被加热的氮气(不是空气)。氮气不像空气,它不会燃烧,可以通过它的热度来测试木屑炭化的过程,而不会有木屑自燃之虞。(www.daowen.com)
我立刻又发现了一些问题。首先,现在的温度计无法测试那么高的温度,所以更换了一种新的温度计,同时也更换了撷取温度计数据的线路。后来我发现热源的温度不够高,不足以炭化反应炉底的木屑。为了这个加热装置,我又重新设计了两三次。
第三步和第二步一样,只是把马达打开了。炭化后的木屑慢慢地从出口跑出来。看到出来的炭化木屑没有像先前一样自燃时,我大大松了一口气。除此之外还有几个小缺失,我花了一星期去调整。
第四步和第三步一样,我小心翼翼地把氮气换成平常的空气。炭化反应稳定进行。
最后一步则是关掉热源,让木屑在没有任何外来能源下继续炭化。这一步也成功了,我的反应炉终于在2016年8月测试成功。
之后,我改变马达的转速和空气流量,持续观察炭化环境有何不同。除了木屑,我同样测试了米糠和稻草。一开始,我不知道如何表达不同物质的重量、温度、固体成分等各类数据,因此桑托什和我花了好几周的时间,定义反应炉的一些重要功能指标。
举例来说,当工程师要设计一款新的飞机时,必须对这架飞机的性能进行不同的测试,飞行员才知道如何借由引擎转速、机翼角度等来控制飞机的性能及行为,才不会超过安全操作的范围。当我设计了新的反应炉,我也必须提供类似的数据,这样其他人才知道要如何操作并控制。
在这个过程中我发现,我需要不同的仪器来为炭化后的样本进行分析。因此,桑托什和我帮实验室添增了几个重要的测量仪器,包括热重分析器、热量计、气相层析质谱仪、磨碎机、压缩机等。几个月前还空空如也的实验室,没过多久就已经看起来非常专业。目前,只有几个数一数二的实验室可以测试生物质废料及固体燃料,过去MIT并没有自己的设备,因此每当我们的样本需要测试时,都要送到别的实验室和别人合作测试。
因为我的博士论文需求以及塔塔中心的资助,桑托什和我如今也帮MIT增加了这项新的测试功能。这几个月里,也有别的实验室有意和我们合作,送样本给我们测试。当来自埃及、印度、巴西等世界各地的访客拜访古奈教授时,常常是从这个实验室开始参观。
后来,我通过MIT雇用了两位大学生来协助我做实验。每当早上来到实验室,闻到反应炉微微的烧焦味,听到热重分析器帮浦的轻微呼呼声,看到那熟悉但有点凌乱的笔记本和样本散布在桌上时,我似乎重拾了刚进MIT的回忆,也就是走进生物实验室的惊艳感。七年后,我仍然无法置信,在这里,我是MIT的博士生,而这看似平凡的实验室正在做着非凡的研究!
除了那种惊艳悸动,我不禁有一种以前从来没有的骄傲感:这实验室的一切都是桑托什和我从零一手打造的!
欣赏了这一切之后,心里有个声音告诉我:“你该毕业了。”
于是,我把初期的数据分析完毕,2016年11月初和我的论文委员会教授们碰面,并告诉他们我打算在2017年6月毕业。我设计的反应炉构想后来上了报纸,之后,与一些商学院同学合作的成果,得到了MIT清洁能源奖、MIT食品及农业创新奖、美国专利律师协会环球奖等。
这是我的实验研究荣耀的时刻,也是我博士生涯的高峰。从我在2013年开始和古奈与史洛康教授以博士论文的方式研发制炭技术起,我常常想象着,当反应炉测试成功那精彩的一刹那,我的心情一定是百感交集!可是当我真的经历了这一切之后,事实并非如此。
我会这么想可能是当初我并不清楚如何达成目标(让反应炉测试成功)。因此,这个目标在我看来,就像是一个无法以寻常步骤达到的奇迹,必须拥有一种超然的信心突破或突发灵感,才能帮助我一蹴而成。
但一路走来,研发的过程本身并没有依靠信心突破或突发灵感,就只是按部就班、步步为营的科学测试。每一步都必须在我测试或修改到有自信没问题之后,才能继续前进,进而为反应炉奠定一个稳定的科学基础。如此一步步走来,我对于这次所设计的反应炉也愈来愈有信心了。
因此,当正式测试整个反应炉的最后一步到来时,我早已成竹在胸,终于大功告成时,我一点都不觉得惊讶,更别说百感交集了。这一天对于我而言,不过是自己步步为营的科学方法的最后验证而已。
话虽如此,整个过程也不是毫无感情的。经过几年的波折,在我即将拿到博士学位之际,我的内心没有丝毫优越感,我只感到一种深深的谦卑。这几年来,虽然我做出了一些基本贡献,但尚未探索的东西还有很多,而自己未知的似乎更多。就如史提夫学长多年前对我说的:我发现了宇宙是多么浩瀚、研究多么艰难,而自己又是多么渺小。探索未知犹如走在迷雾中,但偶尔云雾稍微散开之时,我短暂瞥见了宇宙的永恒及无限。在这大千世界里,一步步找寻并厘清这些非凡的宇宙定律,并开阔自己的视野,大概就是历代科学家的终极追求吧!
我的指导教授也是这样稳扎稳打,一步步获致今天的成就。当我毕业离开MIT后,学弟学妹也会这样循序渐进,走出自己的一片天。如果我有可以成为他们未来借鉴之处,就是全心实践“按部就班,步步为营”的研究哲学,不贪快也不抄小径,让他们得以少走冤枉路。
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