產(chǎn)學(xué)研用深度融合 鷺島氫能探索新能源發(fā)展新路徑

民營(yíng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展觀察系列報(bào)道

得益于產(chǎn)學(xué)研用融合——

氫能賽道，這家閩企跑在前列

核心提示

“我們身后的這個(gè)集裝箱，就是一座小型化工廠，可以實(shí)現(xiàn)快速安裝和制氫。”日前，在廈門大學(xué)翔安校區(qū)嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的戶外空曠地帶，記者透過(guò)集裝箱的視窗，看到整齊碼放、相互連接的金屬罐體，以及層疊有致的電解槽和大型純水儲(chǔ)存罐。箱體內(nèi)不停抖動(dòng)的金屬管道，表明裝備正在進(jìn)行電解水制氫的反應(yīng)。

嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室PEM（質(zhì)子交換膜）制氫項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、鷺島氫能（廈門）科技有限公司董事長(zhǎng)陶華冰博士介紹，該設(shè)備是鷺島氫能自主研發(fā)的高性能兆瓦級(jí)PEM制氫裝備，可隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)集成化標(biāo)準(zhǔn)化制氫，大幅縮減制氫現(xiàn)場(chǎng)的工程量，目前已在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)投用。

找準(zhǔn)突破口

走進(jìn)鷺島氫能的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，排列有序的儀器不停運(yùn)轉(zhuǎn)，一旁的研發(fā)人員忙著記錄數(shù)據(jù)。

科研人員在儀器前調(diào)控?cái)?shù)據(jù) 東南網(wǎng)記者 劉瑋 攝

“PEM電解水制氫行業(yè)的國(guó)產(chǎn)化、自主化非常關(guān)鍵，如果我們的儀器和核心材料不能自主生產(chǎn)，將來(lái)成本就很難下降，就會(huì)被國(guó)外‘卡脖子’。”陶華冰表示，作為嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室孵化的企業(yè)，鷺島氫能主攻PEM電解水制氫領(lǐng)域，通過(guò)電解把水分解成氫氣和氧氣，讓制氫生產(chǎn)成本快速下降、效率進(jìn)一步提升。目前，其PEM電解水制氫項(xiàng)目的技術(shù)能力和產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)已處于國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平。

“電解水制氫是在直流電的作用下，通過(guò)電化學(xué)過(guò)程將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽(yáng)極析出。”陶華冰畫著示意圖說(shuō)，在PEM制氫技術(shù)中，電化學(xué)反應(yīng)的核心場(chǎng)所——電解槽中的催化劑、膜電極材料是技術(shù)突破口。

鷺島氫能工作人員在進(jìn)行膜電極漿料的表征。 受訪者供圖

他進(jìn)一步解釋道，PEM制氫時(shí)，電解槽內(nèi)的陽(yáng)極材料需要在酸性環(huán)境下工作，環(huán)境條件非常苛刻，所以需要耐腐蝕、耐強(qiáng)氧化環(huán)境，同時(shí)又能導(dǎo)電，且提高反應(yīng)速度的材料。目前，只有銥這樣的金屬符合要求，但是銥稀少、昂貴，全球一年的產(chǎn)量?jī)H有6~8噸，需要從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格是白金的5倍。

為了節(jié)省成本，提高膜電極催化劑的反應(yīng)效率，陶華冰團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出多通道工況測(cè)試臺(tái)，實(shí)現(xiàn)催化劑性能的四通道同時(shí)測(cè)試，并且實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人值守，大大節(jié)省了人力、物力。科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近千次試驗(yàn)，成功采用核殼結(jié)構(gòu)提高了氧化銥的活性，讓銥的用量降低到了行業(yè)的1/3，從而大大節(jié)省了電解水制氫成本。

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，這臺(tái)多通道工況測(cè)試臺(tái)只比電腦機(jī)箱略大，4個(gè)純水罐連接了繁雜的線路，儀器的電腦顯示屏上不斷計(jì)算著數(shù)據(jù)。

讓陶華冰驕傲的是，這臺(tái)儀器同步實(shí)現(xiàn)了“上書架”和“上貨架”。目前，該設(shè)備已形成理論指導(dǎo)，用于國(guó)內(nèi)多個(gè)本科教學(xué)平臺(tái)；同時(shí)，收獲了大量訂單，被國(guó)內(nèi)材料行業(yè)企業(yè)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景中，成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用融合。

“這樣一臺(tái)儀器，如果從美國(guó)進(jìn)口，單一個(gè)通道就需要100多萬(wàn)元。而我們自主研發(fā)的4通道儀器，僅需40萬(wàn)元，相當(dāng)于一個(gè)通道只要10萬(wàn)元。”陶華冰介紹。

不負(fù)有心人

鷺島氫能取得今日的成就，絕非一蹴而就、一帆風(fēng)順。

“每天晚上12點(diǎn)之前，這一層實(shí)驗(yàn)室都是燈火通明。”走在嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室3樓的回型走道上，PEM電解水制氫項(xiàng)目經(jīng)理桂其跡告訴記者，一開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)沒(méi)有專業(yè)氫能專業(yè)人才，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有可參考借鑒的工藝，從材料的研發(fā)到裝備系統(tǒng)都是自己探索，“摸著石頭過(guò)河，一路‘打怪升級(jí)’”。

“除了堅(jiān)持不放棄、不言敗的科研精神，人才也是一大關(guān)鍵。”陶華冰表示，鷺島氫能創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)具有多年電解水技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及從科研攻關(guān)到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的能力，更重要的是在未知難題面前，擁有不斷求索、鼓勵(lì)創(chuàng)新的氛圍和機(jī)制。

技術(shù)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行電解水制氫機(jī)理分析。 受訪者供圖

鷺島氫能膜電極材料的專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人溫工不是膜電極材料專業(yè)出身，最初也不懂電化學(xué)。來(lái)到團(tuán)隊(duì)后，她起早貪黑地學(xué)習(xí)，白天做實(shí)驗(yàn)，晚上鉆研文獻(xiàn)、整理資料，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。短短兩個(gè)月時(shí)間，就從一名普通工程師成長(zhǎng)為合格的專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人。

為了加快推進(jìn)PEM電解水制氫項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和落地，嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室支持項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用項(xiàng)目負(fù)責(zé)人自主創(chuàng)業(yè)的模式，與嘉庚實(shí)驗(yàn)室科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展（廈門）有限公司聯(lián)合組建合資公司，鷺島氫能也由此應(yīng)運(yùn)而生。

功夫不負(fù)有心人。而今，前期的艱難探索已經(jīng)開(kāi)花結(jié)果。

“這臺(tái)設(shè)備每天可以產(chǎn)氫40～50公斤，可以為10多輛氫能叉車提供動(dòng)能。”桂其跡告訴記者，目前，由鷺島氫能自主研發(fā)的設(shè)備已經(jīng)投用于市場(chǎng)。其中，100kW的PEM制氫電解槽設(shè)備具備靈活移動(dòng)、操控簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守現(xiàn)場(chǎng)制氫，目前已投用在廣東佛山加氫制氫一體站，滿足其所在產(chǎn)業(yè)園區(qū)的日常需求。

實(shí)驗(yàn)室里的機(jī)器全天候監(jiān)控制氫過(guò)程。 東南網(wǎng)記者 劉瑋 攝

放眼新藍(lán)海

陶華冰表示，項(xiàng)目成功運(yùn)作的密碼，是嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室新型的協(xié)同攻關(guān)機(jī)制、明確的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)和跨學(xué)科的破壁合作。

在嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，項(xiàng)目依托廈門大學(xué)得天獨(dú)厚的資源條件，以及來(lái)自化學(xué)、能源、航空航天、材料、電子等眾多領(lǐng)域的人才，協(xié)同攻破一個(gè)個(gè)跨越學(xué)科壁壘的技術(shù)難題。橫亙?cè)诟咝Ｅc企業(yè)、上游基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化之間的“鴻溝”得到彌合，學(xué)科交叉融合創(chuàng)新引領(lǐng)能力不斷增強(qiáng)。

據(jù)了解，下一步，鷺島氫能將在廈門建立制氫裝備生產(chǎn)基地，帶動(dòng)氫能上下游產(chǎn)業(yè)鏈形成群聚效應(yīng)，依托嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新平臺(tái)和資源優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步發(fā)展科技成果市場(chǎng)化產(chǎn)業(yè)模式，與行業(yè)龍頭企業(yè)、社會(huì)資本等建立起合作共贏的橋梁。

【記者手記】

讓科研活水激發(fā)民營(yíng)經(jīng)濟(jì)新活力

盧超穎

今年4月的新品發(fā)布會(huì)上，鷺島氫能與北京明德投資、廈門德屹資本等投資機(jī)構(gòu)簽訂投資意向協(xié)議。他們將攜手合作，為我國(guó)可再生能源利用、“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。

嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是2019年9月由省政府批準(zhǔn)設(shè)立的我省首批四家省創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室之一，成立以來(lái)不僅面向國(guó)家能源戰(zhàn)略安全，實(shí)施儲(chǔ)能、氫能和硅能等9大項(xiàng)目群的科技與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，在氫能、鋰離子電池、光伏、未來(lái)顯示等領(lǐng)域攻克關(guān)鍵技術(shù)難題20余項(xiàng)，還在此基礎(chǔ)上孵化出以鷺島氫能為代表的不少新興企業(yè)和項(xiàng)目。

作為未來(lái)新賽道上的“種子選手”，這些創(chuàng)新活力奔涌、科技含量十足的初創(chuàng)企業(yè)，可以說(shuō)承載著我省民營(yíng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步做大做強(qiáng)的希望。

對(duì)于陶華冰和他的團(tuán)隊(duì)而言，電解水制氫項(xiàng)目從藍(lán)圖轉(zhuǎn)變?yōu)榭蒲谐晒俚浇桓妒袌?chǎng)，不僅是一場(chǎng)跨度10年的長(zhǎng)跑，更是一群科研工作者對(duì)科學(xué)價(jià)值的追尋。“前期研發(fā)過(guò)程無(wú)比艱難，但是我們對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)了解越是深入，就越相信未來(lái)的大趨勢(shì)。”陶華冰對(duì)記者表示，這也成為團(tuán)隊(duì)在未知領(lǐng)域上下求索的精神動(dòng)力。

近年來(lái)，氫能在交通、工業(yè)等方面的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。隨著國(guó)家“雙碳”目標(biāo)戰(zhàn)略的推進(jìn)，氫能制造和利用被認(rèn)為是未來(lái)能源革命的關(guān)鍵技術(shù)。“目前，我國(guó)每年的氫氣產(chǎn)量是3000多萬(wàn)噸。未來(lái)，我們對(duì)氫氣的需求會(huì)達(dá)到上億噸。”陶華冰告訴記者，這進(jìn)一步讓公司團(tuán)隊(duì)看到了氫能產(chǎn)業(yè)未來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)遇和成長(zhǎng)空間，也更加堅(jiān)定了大家的信心。“在這條賽道上，我們不擔(dān)心競(jìng)爭(zhēng)和被超越，而是希望帶動(dòng)更多的研發(fā)團(tuán)隊(duì)一起投入到PEM制氫市場(chǎng)中來(lái)，這樣才能避免將來(lái)在技術(shù)迭代過(guò)程中被‘卡脖子’。”

記者也希望，以嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的孵化模式和鷺島氫能的成長(zhǎng)經(jīng)歷為藍(lán)本，可以啟迪更多的產(chǎn)學(xué)研用融合項(xiàng)目在我省落地開(kāi)花，為科研成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化廣開(kāi)大門，在民營(yíng)經(jīng)濟(jì)的新賽道上發(fā)揮更大作用。

【專家點(diǎn)評(píng)】

攻克“卡脖子”技術(shù) 成為綠氫革命的推動(dòng)者

田中群

中國(guó)科學(xué)院院士、嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室名譽(yù)主任

PEM電解水制氫是制取綠氫的主要技術(shù)路線之一，已在諸多可再生能源制氫示范項(xiàng)目中得到規(guī)劃和應(yīng)用，未來(lái)將在交通、化工、鋼鐵、儲(chǔ)能等多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前，在制氫系統(tǒng)示范測(cè)試上，經(jīng)過(guò)專家認(rèn)可，高性能百千瓦級(jí)PEM制氫電解槽整體水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，部分關(guān)鍵性能指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，設(shè)備材料國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)90%。當(dāng)下，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了兆瓦級(jí)PEM制氫系統(tǒng)產(chǎn)品，正在布局兆瓦級(jí)示范應(yīng)用場(chǎng)景，為PEM制氫項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化邁出堅(jiān)定的一步。

未來(lái)，嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室將深耕氫能等新能源、新材料領(lǐng)域，攻克“卡脖子”技術(shù)、推動(dòng)高技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化，成為綠氫革命的推動(dòng)者，為我國(guó)能源安全事業(yè)和地方氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。”田中群表示。