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“我們身后的這個(gè)集裝箱，打開(kāi)后其實(shí)就是一個(gè)小型化工廠，可以實(shí)現(xiàn)快速制氫和輸配。”日前，在廈門嘉庚創(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，可以清楚地看到整齊碼放、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，正在進(jìn)行水制氫的反應(yīng)。

據(jù)嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室PEM制氫項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、鷺島氫能（廈門）科技有限公司（下稱“鷺島氫能”）董事長(zhǎng)陶華冰博士介紹，該設(shè)備是該企業(yè)自主研發(fā)的高性能兆瓦級(jí)PEM制氫裝備，可以隨時(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，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)投用。

近千次實(shí)驗(yàn)

破解電解水制氫瓶頸

走進(jìn)鷺島氫能的電解槽實(shí)驗(yàn)室，排列有序的機(jī)器不停運(yùn)轉(zhuǎn)，一旁的研發(fā)人員忙著記錄計(jì)算數(shù)據(jù)。

“PM電解水行業(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，仍然會(huì)被國(guó)外‘卡脖子’。” 陶華冰表示，作為廈門嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室孵化的企業(yè)，鷺島氫能目前致力于PEM電解水制氫領(lǐng)域，通過(guò)電解把水分離成氫氣和氧氣，讓制氫生產(chǎn)成本快速下降、效率進(jìn)一步提升。據(jù)介紹，目前，他們所致力的PEM電解水制氫項(xiàng)目，技術(shù)能力和產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)已經(jīng)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。”陶華冰畫著示意圖解釋說(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。

他進(jìn)一步解釋，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)境的同時(shí)又能導(dǎo)電，且提高反應(yīng)速度的材料。目前，只有銥（Ir）這樣的貴金屬符合要求，但是銥稀少且昂貴，全球一年的產(chǎn)量?jī)H有6—8噸，并且需要從國(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，陶華冰的團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出了多通道工況測(cè)試臺(tái)，實(shí)現(xiàn)催化劑性能的四通道同時(shí)測(cè)試，并且采用24小時(shí)無(wú)人值守，大大節(jié)省了人力、物力。經(jīng)過(guò)科研團(tuán)隊(duì)近1000次的試驗(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1/3~1/4，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正不斷計(jì)算著數(shù)據(jù)。更讓陶華冰驕傲的是，這臺(tái)儀器還同步實(shí)現(xiàn)了“上書架”和“上貨架”。目前，該設(shè)備已經(jīng)形成理論指導(dǎo)，寫入教材中，用于國(guó)內(nèi)本科教學(xué)平臺(tái)；在國(guó)內(nèi)材料行業(yè)企業(yè)中也收獲了大量訂單，應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景中，成功實(shí)現(xiàn)了產(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。”陶華冰坦言，“我們不擔(dān)心競(jìng)爭(zhēng)和被超越，而是更希望帶動(dòng)大家一起投入到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’。”

探索新路徑

活用人才打開(kāi)局面

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)。“這讓我們看到了氫能產(chǎn)業(yè)未來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)遇和成長(zhǎng)空間。”陶華冰告訴記者，“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。”

“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，滿足園區(qū)的日常需求。”鷺島氫能總經(jīng)理桂其跡告訴記者，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。

“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)，具備從原始創(chuàng)新到產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)能力。

“每天晚上12點(diǎn)之前，這一層實(shí)驗(yàn)室都是燈火通明。”走在嘉庚實(shí)驗(yàn)室3樓的回型走道上，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)有可以參考借鑒的工藝，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)’”。

鷺島氫能膜電極材料的專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人溫工不是材料專業(yè)出身，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2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，鷺島氫能也應(yīng)運(yùn)而生。在今年4月的新品發(fā)布會(huì)上，該公司與北京明德投資、廈門德屹資本等投資機(jī)構(gòu)簽訂投資意向協(xié)議。

放眼新藍(lán)海

產(chǎn)學(xué)研用凝聚合力

“作為產(chǎn)學(xué)研用融合的成果，企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校、政府構(gòu)建起的多方良性互動(dòng)機(jī)制，時(shí)鷺島氫能項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。”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。

原標(biāo)題：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