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

民營經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展觀察系列報道

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

“我們身后的這個集裝箱，就是一座小型化工廠，可以實現(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)新實驗室的戶外空曠地帶，記者透過集裝箱的視窗，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存罐。箱體內(nèi)不停抖動的金屬管道，表明裝備正在進(jìn)行電解水制氫的反應(yīng)。

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

找準(zhǔn)突破口

走進(jìn)鷺島氫能的研發(fā)實驗室，排列有序的儀器不停運轉(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)控數(shù)據(jù) 東南網(wǎng)記者 劉瑋 攝

“PEM電解水制氫行業(yè)的國產(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)，將來成本就很難下降，就會被國外‘卡脖子’。”陶華冰表示，作為嘉庚創(chuàng)新實驗室孵化的企業(yè)，鷺島氫能主攻PEM電解水制氫領(lǐng)域，通過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電解水制氫項目的技術(shù)能力和產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)已處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。

“電解水制氫是在直流電的作用下，通過電化學(xué)過程將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽極析出。”陶華冰畫著示意圖說，在PEM制氫技術(shù)中，電化學(xué)反應(yīng)的核心場所——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，電解槽內(nèi)的陽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)量僅有6~8噸，需要從國外進(jìn)口，價格是白金的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)隊自主研發(fā)出多通道工況測試臺，實現(xiàn)催化劑性能的四通道同時測試，并且實現(xiàn)24小時無人值守，大大節(jié)省了人力、物力。科研團(tuán)隊經(jīng)過近千次試驗，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)場看到，這臺多通道工況測試臺只比電腦機(jī)箱略大，4個純水罐連接了繁雜的線路，儀器的電腦顯示屏上不斷計算著數(shù)據(jù)。

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

“這樣一臺儀器，如果從美國進(jìn)口，單一個通道就需要100多萬元。而我們自主研發(fā)的4通道儀器，僅需40萬元，相當(dāng)于一個通道只要10萬元。”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點之前，這一層實驗室都是燈火通明。”走在嘉庚創(chuàng)新實驗室3樓的回型走道上，PEM電解水制氫項目經(jīng)理桂其跡告訴記者，一開始，團(tuán)隊沒有專業(yè)氫能專業(yè)人才，國內(nèi)也沒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，“摸著石頭過河，一路‘打怪升級’”。

“除了堅持不放棄、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)隊具有多年電解水技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗，以及從科研攻關(guān)到產(chǎn)品開發(fā)的能力，更重要的是在未知難題面前，擁有不斷求索、鼓勵創(chuàng)新的氛圍和機(jī)制。

技術(shù)團(tuán)隊在進(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)。來到團(tuán)隊后，她起早貪黑地學(xué)習(xí)，白天做實驗，晚上鉆研文獻(xiàn)、整理資料，學(xué)習(xí)相關(guān)知識。短短兩個月時間，就從一名普通工程師成長為合格的專業(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)新實驗室支持項目團(tuán)隊采用項目負(fù)責(zé)人自主創(chuàng)業(yè)的模式，與嘉庚實驗室科技產(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)運而生。

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

“這臺設(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。其中，100kW的PEM制氫電解槽設(shè)備具備靈活移動、操控簡單的特點，可以實現(xiàn)無人值守現(xiàn)場制氫，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。

實驗室里的機(jī)器全天候監(jiān)控制氫過程。 東南網(wǎng)記者 劉瑋 攝

放眼新藍(lán)海

陶華冰表示，項目成功運作的密碼，是嘉庚創(chuàng)新實驗室新型的協(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)新實驗室，項目依托廈門大學(xué)得天獨厚的資源條件，以及來自化學(xué)、能源、航空航天、材料、電子等眾多領(lǐng)域的人才，協(xié)同攻破一個個跨越學(xué)科壁壘的技術(shù)難題。橫亙在高校與企業(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)新實驗室的創(chuàng)新平臺和資源優(yōu)勢，進(jìn)一步發(fā)展科技成果市場化產(chǎn)業(yè)模式，與行業(yè)龍頭企業(yè)、社會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)民營經(jīng)濟(jì)新活力

盧超穎

今年4月的新品發(fā)布會上，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，為我國可再生能源利用、“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。

嘉庚創(chuàng)新實驗室是2019年9月由省政府批準(zhǔn)設(shè)立的我省首批四家省創(chuàng)新實驗室之一，成立以來不僅面向國家能源戰(zhàn)略安全，實施儲能、氫能和硅能等9大項目群的科技與產(chǎn)業(yè)化項目，在氫能、鋰離子電池、光伏、未來顯示等領(lǐng)域攻克關(guān)鍵技術(shù)難題20余項，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)和項目。

作為未來新賽道上的“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)，可以說承載著我省民營經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步做大做強(qiáng)的希望。

對于陶華冰和他的團(tuán)隊而言，電解水制氫項目從藍(lán)圖轉(zhuǎn)變?yōu)榭蒲谐晒俚浇桓妒袌觯粌H是一場跨度10年的長跑，更是一群科研工作者對科學(xué)價值的追尋。“前期研發(fā)過程無比艱難，但是我們對氫能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)了解越是深入，就越相信未來的大趨勢。”陶華冰對記者表示，這也成為團(tuán)隊在未知領(lǐng)域上下求索的精神動力。

近年來，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)為是未來能源革命的關(guān)鍵技術(shù)。“目前，我國每年的氫氣產(chǎn)量是3000多萬噸。未來，我們對氫氣的需求會達(dá)到上億噸。”陶華冰告訴記者，這進(jìn)一步讓公司團(tuán)隊看到了氫能產(chǎn)業(yè)未來巨大的發(fā)展機(jī)遇和成長空間，也更加堅定了大家的信心。“在這條賽道上，我們不擔(dān)心競爭和被超越，而是希望帶動更多的研發(fā)團(tuán)隊一起投入到PEM制氫市場中來，這樣才能避免將來在技術(shù)迭代過程中被‘卡脖子’。”

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

【專家點評】

攻克“卡脖子”技術(shù) 成為綠氫革命的推動者

田中群

中國科學(xué)院院士、嘉庚創(chuàng)新實驗室名譽主任

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目中得到規(guī)劃和應(yīng)用，未來將在交通、化工、鋼鐵、儲能等多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前，在制氫系統(tǒng)示范測試上，經(jīng)過專家認(rèn)可，高性能百千瓦級PEM制氫電解槽整體水平處于國內(nèi)領(lǐng)先，部分關(guān)鍵性能指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，設(shè)備材料國產(chǎn)化率超過90%。當(dāng)下，團(tuán)隊已經(jīng)完成了兆瓦級PEM制氫系統(tǒng)產(chǎn)品，正在布局兆瓦級示范應(yīng)用場景，為PEM制氫項目產(chǎn)業(yè)化邁出堅定的一步。

未來，嘉庚創(chuàng)新實驗室將深耕氫能等新能源、新材料領(lǐng)域，攻克“卡脖子”技術(shù)、推動高技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化，成為綠氫革命的推動者，為我國能源安全事業(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。