徐明 | 守护人类美好家园
航天员刘启在妻子和父亲逝世后，带领人类离开地球，开始寻找新家园。这是2019年上映的科幻电影《流浪地球》中的一幕场景，相信很多人到现在还记忆犹新。对于人类来说，如果没有生态宜居的环境，任何星球都不能称为家园；而对清华大学环境学院教授徐明来说，人类生存环境质量研究及保护与改善是他毕生追寻的事业。
▲徐明在参加会议
从清华大学到美国亚利桑那州立大学、佐治亚理工学院、密西根大学，20年来，徐明深耕环境科学领域，永葆科研初心，收获了累累硕果。2015年，由于在产业生态领域作出的杰出贡献，他被授予国际产业生态学会青年科学家奖（Robert A. Laudise Medal），是首位华人获奖者；2016年，他获得美国国家科学基金奖励青年教师的最高奖（Career Award）；2021年，他获美国土木工程师协会针对职业生涯中期科学家的最高奖（Walter L.Huber Civil Engineering Research Prize）。如今，带着多年的科研积淀，他全职回归母校清华大学，肩负起了更大的责任。
在国际舞台发出“中国声音”
2015年，当年轻的徐明走上国际产业生态学会年会的舞台时，全场掌声雷动。在此之前他没想到，自己能成为第一位获得国际产业生态学会青年科学家奖的中国科学家。这个奖项旨在奖励在这一领域取得突出科研成就的科学家，两年颁发一次，每次评选1人（极特殊情况下有2位获奖者）。过去，这一奖项均由欧美科学家包揽。“这个奖项采用提名制，提名人需要找到其他专家向学会一同撰写候选人推荐信，后经相关委员会遴选后评出。”徐明在开会前知道，他在密西根大学的同事给他提名了，但却没想到这项荣誉会颁发给自己。“当时我挺惊喜的，因为我所知道的当年的候选人中，有几位专家都很有实力。”在获奖后他提到，“我要感谢团队的所有成员，如果没有他们做的一些基础工作，也不会有我后来取得的成果。”
除了感恩，徐明更感到自豪。从世界范围来说，发端于现代环境科学与工程中的产业生态和环境系统工程，正式成为一门综合性学科还是近二三十年的事情，并且长期以来一直是由欧美科学家主导的。近十年来，随着越来越多中国科学家的身影出现在国际舞台上并不断地成长，这一领域发出了更多的“中国声音”。
虽是新兴学科，但是对环境问题的探究和处理自古已有，到如今，只是看问题的角度不同了。徐明所在的环境系统工程属于环境工程领域的一个分支（方向），就很好地诠释了“角度”的意义。“环境系统概念提出的意义是把人类环境作为一个统一的整体看待，避免人为地把环境分割为互不相关的支离破碎的各个组成部分。”
徐明举例说，环境工程中，人们会研究怎么处理污染物、废物，但是后来大家发现，污染问题实际上是一个社会性问题，并不只是和环境有关而已，而是涉及社会经济系统的方方面面。“不能一直只追着污染跑，哪里有污染就去处理哪里的问题。这是‘头痛医头、脚痛医脚’的做法。”
传统环境工程是研究物质（污染物）在自然介质（水、土、气等）中的流动，环境系统工程虽然也是研究物质（资源和污染物）的流动，但不同之处在于，后者研究的是物质在社会经济系统中流动。如果把传统的环境工程比作“实践表”或“路线图”，那环境系统工程更像是“工具”和“思路”，“我们要为即将付诸实践的行动起到决策支撑的作用”。
徐明举例说，某行业用了多少钢材，这些钢材又变成了多少产品，这些产品最后变成多少废物，这些都是环境系统工程研究的主要范畴。“我们实际最终的目的，是为解决环境问题提供一些社会经济角度、产业角度的政策建议，而非传统环境工程研究那样提供技术解决方案。”
在清华大学打下坚实基础的徐明，在国外学习工作多年后，对此有着更深的体悟。他所从教的美国密西根大学，位于底特律都市圈，是美国乃至全世界最大的汽车工业中心，被誉为“世界汽车之都”。2010年，围绕“清洁能源汽车”，中美清洁能源研究中心联合项目启动开展。项目为期5年，集结了包括密西根大学和清华大学在内的中美多所高校、研究机构。项目希望通过两国科研工作者在清洁能源汽车技术、基础设施和政策等方面的共同努力，在全世界范围内推动清洁能源汽车的发展。徐明有幸参与其中，并收获满满。
在徐明看来，国内的研究更偏应用，更倾向解决实际的问题；而在国外，则更关注从理念或理论方法上进行改进和突破。在随后由他主导的另一项研究中，他更是取得了突破性的成果，并由此获得美国国家科学基金奖励青年教师的最高奖。再次回忆起当时的情景，徐明谈到让他印象特别深刻的“数据驱动”：“当人们去描述工业生产过程中一个单元过程所产生的污染物排放及资源能源消耗时，需要用数据来说话。但此时数据缺失或不完全，后面的工作就没法进行。换一种思路，我们从数据中找到了规律，用这个规律去生产未知的数据，甚至都不需要知道这些过程背后的机理。”这是一个神奇的过程，并且很有意义，“过去很多研究中需要的数据，都是通过调查、统计分析而来，耗时耗力甚至无法完成。但在这个项目中，我们突破了‘寻找规律’的难题，通过训练模型做到了‘用数据来生产数据’。”他坦言，这是一种“非常有潜力的方法”，“是一种研究范式的改变”，对自己启发很大。
虽然自2006年开始一直在国外读书、工作，但徐明的目光始终没有离开过自己的祖国，立志在环境领域有所作为，回国就是最好的机会。回国不到半年，为了更好地理解当下的政策环境并找到未来的发力点，他会重点关注国家在生态文明的战略部署。他提到，习近平总书记在党的二十大报告中指出，要推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。尊重自然、顺应自然、保护自然，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。“这次会议对推动绿色发展、促进人与自然和谐共生作出重大安排部署，为推进美丽中国建设指明了前进方向。”
在“生命周期”中追寻“碳足迹”
气候变化是当前突出的全球性挑战之一，事关国际社会共同利益，在很多国际会议上经常被提及，徐明对此深有体会，他提到，地球气候恶化已久。对此，科学家早已基本达成共识——人类自工业革命开始以来的活动，改变了气候并且开始导致地球升温，原因主要集中于人类对地球碳循环的干扰上。
2020年9月22日，我国提出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标，这是中国在气候变化方面的庄严承诺。习近平总书记也曾多次强调，“应对气候变化不是别人要我们做，而是我们自己要做”，是我国可持续发展的内在要求，是推动构建人类命运共同体的责任担当。党的二十大报告明确提出，要统筹产业结构调整、污染治理、生态保护、应对气候变化；积极稳妥推进碳达峰、碳中和。
“中国作为世界上最大的发展中国家，将完成全球最高碳排放强度降幅，用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和，充分体现了负责任大国的担当。”徐明早在美国读书和工作期间就一直密切关注于此，并且这也成为他回国后主攻的方向之一。
在国家积极稳妥推进碳达峰、碳中和的道路上，徐明也有着自己的见解，“实现碳中和主要有两个抓手：从生产端着手采取自上而下的政策驱动方式，从消费端着手采取自下而上的市场驱动方式。”为此，他建议采用生命周期的思想（Life Cycle Thinking）来量化和评估各种产品及技术在生命周期全过程的资源环境影响。在他看来，这对于实现碳中和有3个方面的重大意义：一是“算无遗策”，识别系统排放，避免资源环境问题在其他产品和环节的污染转移；二是“敲山震虎”，从消费端通过供应链倒逼生产端减排；三是“有的放矢”，识别影响大、减排空间大的工艺过程。
徐明介绍：“沿着生命周期的思路，我们就可以评价产品真正的环境影响，识别产品生命周期中造成环境影响较大的环节，指导消费者做出环境友好的采购决策。这实际就落到了大家都熟悉的碳足迹上。”
目前，对于碳足迹的系统边界并没有统一的标准，实际上根据不同应用场景也不需要有一个统一的标准。一般而言，碳足迹是指个人及其他实体（企业机构、活动、建筑物、产品等）所有活动引起的温室气体或二氧化碳排放量，既包括制造、供暖和运输过程中化石燃料燃烧产生的直接排放，也包括产生与消费的商品和服务所造成的间接碳排放。
总的来说，“碳”主要分为两块：一块是“算”，一块是“减”。碳足迹正是“算”的基础，“算”清楚了才能“减”明白。把碳足迹核算清楚，是国内绿色发展的需求，其中需要大量数据做支撑，而我国目前在这一方面还处于起步阶段。
徐明告诉笔者，不同的国家有各自的数据库，如果我们国家没有自己的碳核算基础数据来支撑，完全依赖其他国家的数据做核算，首先不够准确，其次“标准”会永远掌握在他国手上。
欧盟目前正在提出新的“电池法案”，计划未来只有已建立碳足迹声明的可充电工业和电动汽车电池才能进入欧盟市场。不只是电池行业，韩国、法国、意大利、瑞典等国家都对其他新能源产品（如光伏产品）的碳足迹提出要求。所以，“碳壁垒”正在成为国际贸易中的新技术壁垒。“当务之急，是要建立中国自己的碳足迹、环境足迹核算的可信基础数据库”，这也是徐明回国后正在着手推进的工作。
碳足迹核算会面临较大的数据挑战，基于这一挑战，徐明向大家介绍了链接预测方法，这一方法基于数据科学的研究范式，根据已有数据对缺失数据进行预测，可以满足碳足迹核算对于数据完整性的需求。
万事开头难，这句话用在数据库建设的开始再形象不过。徐明说：“首先，获取的数据来源多种多样，格式、定义标准不一，需要做大量的基础工作让它们标准化、统一化。其次，缺乏可靠、稳定的数据来源是一个更大的难题。很多数据中隐含着企业的工艺流程、产品配方等商业机密，还没有成熟的数据开放与共享机制。”基于在美国完成的项目，徐明有自己的经验。“一方面，我们前期拿到足够的数据后，可以通过模型训练来填补缺失数据。如果未来有更好的第一手数据，我们再加以反馈验证；另一方面，可研发接入可信数据空间等新一代数据流通基础设施，打造碳足迹核算的‘数据支付宝’，攻克数据开放共享过程中普遍存在的数据确权、隐私泄露、存证溯源等关键痛点。”
在搭建数据库的同时，徐明还在做另外一件事，那就是对工业基因组进行分析，“这也是一件长远的事情”。类比生物基因组学的研究，他认为工业系统中存在“工业基因组”——单元过程是工业基因，产品和技术的生命周期是工业基因组，产品和技术就像生物物种一样。做工业基因组研究的环境的意义在于，可以清查工业体系中的产品技术和过程，实现科学的分类，进而对不同行业的技术产品进行基因测序，明确所涉及的工业过程，然后形成工业基因组的图谱，以找到解决工业环境问题的基因密码，最终有望逐步建立起工业基因组学。
在清华收获欣慰和满足
“（20世纪）50年代淘米洗菜，60年代洗衣灌溉，70年代水质变坏，80年代鱼虾绝代。”一段民谣真实刻画了淮河饱经沧桑的历史，淮河和沿岸人民在经济快速发展和城市化进程中经历着切肤之痛。1995年8月8日，我国治污史上的第一个重大工程——淮河污染治理启动。那时起，《新闻联播》里就会常常播放淮河治污的新闻。未承想，环境保护也在徐明这位出生在甘肃的少年心里播下了一颗种子。
1999年，天资聪颖的徐明参加高考，以全省第二的好成绩被清华大学录取。以当时的高分，他可以选择任何一个专业就读，懵懵懂懂的他凭借脑海里“环境保护好像还挺有意思”的记忆，误打误撞选择环境工程专业，走进了环境科学的大门。到如今22年过去了，他从未改变方向，依然在这条路上脚踏实地地做研究，用他的话说“可能是一种路径依赖”。
“我刚进清华时，这里还叫环境科学与工程系，后来才改为环境学院。”从本科到研究生的7年里，徐明忘不了自己初入清华园的激动，忘不了勤学苦读时的坚持，忘不了清华学子眼里闪耀的光芒。而最让他难以忘怀的，是清华大学“行胜于言”的校风。“这4个字对我来说帮助非常大，不光是在清华大学的那7年，包括我后来在国外读书工作期间，它都是支撑我前行的精神。”在这种精神的影响下，“什么事情先去做，少去说”成为他的行事风格。
时隔多年，徐明仍然记得研究生导师张天柱教授对自己的“放纵”。“研究生一般都会在导师的带领下完成一些课题研究，但是张老师却对我说，有一些项目可能科学价值并不是那么高，你要觉得不喜欢可以不去做，去做你感兴趣的课题吧。”研二那年，导师破例给了他一个博士生才可能获得的出国开会的机会，让他去瑞典参加行业的学术会议，领略国际领域的前沿。在那里，他也见到了只在领域学术文章中出现名字的“大咖”。回来后，徐明的内心不再平静了，他体会到不一样的学术氛围，“我想出去看看，多学一些新的东西”，导师张天柱也对他的想法十分支持。
申博的过程仿佛顺理成章，也异常顺利。就这样，2006年，徐明前往美国亚利桑那州立大学攻读博士学位，博士毕业后在佐治亚理工学院进行了短暂的博士后研究，之后在密西根大学环境与可持续发展学院工作，在海外一待就是16年。
优秀的学生在精进学业、发展的路上都有着相似的天赋。或许，徐明的经历是许多留学生在国外从事学术研究的一个缩影，成功并不容易，甚至可以说是艰辛万分，他通过努力获得了丰硕成果，虽然在采访中他对这些过往艰辛只字不提。
关于回国，很多人都问徐明，是不是因为疫情才会选择回来。他说：“我的本科、硕士都是在国内读的，是国家培养了我。这些年，国家加大力度对待环境问题，在国内我也有可以发挥所长的阵地，而且是为我们自己做的。不管有没有疫情，这些（回国）都是在我的计划之内的。”
千帆不坠青云，归来仍是少年。徐明犹记清华环境学院钱易院士在给全校大一新生上的第一堂课上说：“一个人终身为之奋斗的事业，应该是利在天下、利在万世。我这一生，不求金钱，不求地位，但是每次一想到，自己为之努力的这两项事业：教育和环保，都是利在天下、利在万世的，我就感到非常欣慰满足了。”每当回想起这番话，徐明的内心都会无比崇敬，“钱先生是我的榜样”。
如今，清华大学环境学院本科生大一新生“环境与地球科学概论”的课堂上，又多了一位春风化雨的老师；我国环境科学研究领域里，又多了一位脚踏实地的年轻科学家。
专家简介
徐明，清华大学环境学院碳中和讲席教授，研究领域涉及环境系统工程和产业生态。2003年与2006年分别获清华大学环境工程学士、环境科学与工程硕士学位，2009年获美国亚利桑那州立大学土木与环境工程博士学位。曾任美国密西根大学环境与可持续发展学院教授和土木与环境工程系教授，同时兼任环境领域国际知名期刊《资源节约与循环利用》（Resources, Conservation & Recycling）主编（2021年影响因子：13.716），并当选国际产业生态学会主席（任期2023—2024年）。
来源：科学中国人
