研之成理：
任重道遠——用科研應對難題，以科學服務社會
宋春山 教授
理學院
任重道遠——用科研應對難題，以科學服務社會
新冠肺炎的突襲令飛機停飛、製造業和工業停產，能源需求銳減，連帶全球二氧化碳 (CO2) 排放量也顯著下降，是次疫情喚起大眾關注能源和污染的議題。回到疫症未來時，科學家一直透過科研尋找潔淨能源，利用不同方法改善烴化物 (Hydrocarbon) 的加工過程，消除燃燒時污染物的排放；而主力研究催化與能源、燃料化學的偉倫化學教授宋春山教授也是其中一員。
宋教授多年來致力研究清潔燃料、催化和二氧化碳捕集與利用。他曾發表三百篇學術論文，編著十五部英文書籍，並持有八項發明專利，當中的原創性研究更是屢獲殊榮。2020年7月，宋教授從工作和生活三十多年的美國移居香港，加入中大出任理學院院長，承接理學院多年來培養及啟發新一代科研人才的使命，繼續以科學服務社會。
2020年7月，宋春山教授履新，出任中大理學院院長。
取諸自然，用諸自然
化石燃料是古生物，當中包括動物及植物，在地殼中的地熱和壓力下、經過數以百萬年計轉化而成的燃料。燃料開挖及轉化技術雖然發展成熟，但這塊大自然瑰寶卻一直未能有效、充份地使用。人類開採及使用化石燃料的速度遠超大自然轉化的能力，雖然已經盡力減少對化石燃料的依賴，但需求仍持續求過於供。加上燃料原先帶有不少雜質，燃燒時所釋出的化學物會為環境帶來污染。舉例說，在燃燒燃料期間，當中的雜質硫 (Sulphur) 會變為二氧化硫 (SO2)，這種化學物亦是造成酸雨的物質之一。
面對能源短缺及種種污染的威脅，科學家絕不怠慢，致力透過不同方法改善烴化物的提煉過程，減少廢氣的排放。在加入中大之前，宋教授是美國賓夕凡尼亞州立大學 (Pennsylvania State University) 燃料科學傑出教授、化學工程系教授及能源研究所所長。他的研究集中找出合適的催化過程 (Catalytic process)，以更有效、潔淨的方法使用化石燃料，去除燃燒時產生的雜質產物。
他早年的工作著眼改良煤液化 (Coal liquefaction) 的過程，以轉化液體合成燃料，如汽油和飛機燃料等產品，可以更有效地使用能源。他的研究提倡取諸自然，用諸自然。在他於1995年發表的學術文章，早已闡釋了他對燃料發展的構想──希望日後可以直接運用大氣中的二氧化碳，加上大自然的水製作氫氣，透過化學方式轉化它們為可持續、直接使用的能源，用之於自然。二十多年前的構想，現今不再是紙上談兵，而是推動綠色生活研究的重要方向。而他當日的一份研究使命，造就了不少善用能源、減低廢氣排放的發明，並已經及將陸續在行業內應用。
以科研解決能源棘手難題
除了取之於自然，宋教授接著解決的難題是如何處理燃燒烴化物燃料 (Hydrocarbon fuel) 所產生的燃燒廢氣 (Flue gas)，當中包括溫室氣體及各種有害氣體。業界常用的氨水洗滌法 (Amine scrubbing) 雖能有效地捕集二氧化碳及硫化氫 (H2S)，但使用的氨溶液令吸附物容易受到腐蝕，而高溫的捕集工作更需用上大量能量。
在美國能源部撥款支持下，宋教授與團隊自1999年開發第二代的固體「分子吸附籃」 (Molecular Basket Sorbent，MBS)，原理是結合功能性聚合物 (Functional polymers) 及納米多孔材料 (Nano-porous materials) 來處理燃燒廢氣。新的固體 MBS 在較低溫的環境下，展現了更好的吸附能力，成功捕集廢氣中的二氧化碳及硫化氫之餘，更能大輻降低整個過程所需的能量。此項突破性的發明已在工業規模驗證，更獲多國，包括美國、英國、中國、南韓和日本等的科研人員垂青，攜手合作進一步擴大技術的應用規模。
新一代分子吸附籃 (MBS) 的運作概念。
(J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16, 5777-5783)
另一個有待處理的棘手問題便是工業廢氣所釋出的酸性氣體。利用傳統方法轉化酸性氣體存在不少限制，例如濕式洗滌方式 (Wet scrubbing) 不但要在高溫下進行，過程中更會產生二級廢物；另一種除硫過程克勞斯法 (Claus process) 雖能透過化學反應將硫化氫生成硫磺，但過程中未完全燃燒的氣體卻會氧化為二氧化硫，污染空氣。去年，由宋教授帶領的賓夕凡尼亞州立大學研究團隊發佈一個創新的低溫除硫過程，透過不同金屬組合成新的硫化物催化劑，再將其結合非熱等離子體 (Nonthermal plasma，NTP)，產生協同效應。即使在相對低溫的環境下，過程亦能一步還原硫化物至硫元素，有別過往處理燃燒廢氣的程序。透過改變催化劑的組合，技術有望應用於不同類型的廢氣上，為解決這個難題帶來契機。
創新的低溫除硫過程結合全新的金屬離子硫化物催化劑與非熱等離子體 (NTP) ，產生協同效應。
(ACS Catal. 2020, 10, 9, 5272-5277)
傳承前人綠色科研夢
宋教授在研究烴化物燃料方面成績斐然，曾獲多個國際獎項，包括2007年由北美催化協會芝加哥分會頒發的赫爾．曼磐因斯獎 (Herman Pines Award)，以及2019年國際烴類化學領域學術獎項──美國化學會的喬治．歐拉獎 (George A. Olah Award)。每個獎項也肯定了他在燃料科學、潔淨燃料和催化研究方面的傑出貢獻，而令他受寵若驚的要數到2010年獲頒的亨利．斯托奇獎 (Henry H. Storch Award)。
1964年設立的亨利．斯托奇獎，是美國化學會在燃料化學領域所頒發的最高榮譽學術獎項，表彰在燃料科學，特別是捕集應對全球能源及化學挑戰方面，作出傑出貢獻的科學家。過往獎項的得主均是業內的化學研究翹楚，榮獲此獎的宋教授更是獎項設立以來，最年輕及唯一一位華人科學家。回想得知獲獎一刻，宋教授驚喜萬分，深感榮幸。喬治．歐拉獎冠名的已故科學家喬治．歐拉的研究興趣也包括二氧化碳的捕集和利用，獲頒此獎對他來說別具意義，增添一份傳承前人綠色科研夢的使命。
宋教授於2019年美國化學會國家頒獎典禮獲頒喬治．歐拉獎 (George A. Olah Award) 。
（相片來源：美國化學會）
以科學服務社會
抱著科學家並非只著眼實驗數據，更要發揮科研影響力、回饋社會的想法，宋教授多年來擔任多項公職。他在賓夕凡尼亞州立大學擔任能源研究所 (Energy Institute) 所長長達十三年、大學能源研究聯盟 (University Coalition for Basic and Applied Fossil Energy Research and Development，UCFER) 主席五年，期間更分別在2010年及2011年獲大學頒發傑出教授 (Distinguished Professor) 和優秀學者獎章 (Faculty Scholar Medal) 等獎項及榮譽。他任內致力提升大學的能源研究實力；在他卓越的領導下，帶領了團隊在雲集美國多間實力超凡的大學、競爭激烈的甄選中脫穎而出，獲美國能源部國家能源技術實驗室撥款二千萬美元，牽頭成立由十五所頂尖大學組成的 UCFER，促進成員大學與美國能源部的研究協調及數據共享。
宋教授早已在美國的大學取得終身教席，大可繼續專注科研工作，但他卻選擇離開工作和生活三十餘載的美國，到香港出任中大理學院院長，迎接全新的挑戰。在收到院長一職的邀請後，知道中大具備國際一流的研究水平及學術氛圍，更打動他的是中大「結合傳統與現代，融會中國與西方」的使命。「我深感榮幸獲邀出任院長一職。我希望在這個充滿歸屬感的地方，善用自己過往累積的經驗，帶領中大理學院放眼國際，更上一層樓。在履新後，我接觸到院內不同部門及研究單位，認識到各項頂尖的科研成果及一眾優秀人材，使我更期待跟不同學者交流，結合各人所長，合作發展能源研究。」宋教授道。
堅守信念，奮力向前
宋教授履新之時碰上第三波疫情，院內大小的學術交流、教學活動多以網上進行，遇上的困難和挑戰再添一重。他由衷感謝前任幾位院長的努力和貢獻，為學院立下穩健、紮實的基礎；也同時感謝大學、院內師生的支持，讓學院迎難而上。
縱使前路可能是荊棘滿途，但他的座右銘「Do the best I can to move things forward and leave no regret」總教他全力以赴，不留遺憾。他期待在疫情過後，有更多機會在校園內跟師生逐一交流。他更希望透過鼓勵師生互動，促進各項跨學科合作和創新研究，營造一個更多元及更有利教學、科研的理想學習環境。同時，他也寄望在全院上下的努力下，帶領中大理學院走出香港，積極與海外研究機構及學院更緊密合作，建立良好關係，攜手發揮科研的影響力。
文：熊思敏 | 編輯：宋嘉恩
