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“我們身后的這個集裝箱，打開后其實就是一個小型化工廠，可以實現(xiàn)快速制氫和輸配。”日前，在廈門嘉庚創(chuàng)新實驗室的戶外空曠地帶，記者透過集裝箱的視窗，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存罐，箱體內(nèi)不停抖動的金屬管道，正在進(jìn)行水制氫的反應(yīng)。

據(jù)嘉庚創(chuàng)新實驗室PEM制氫項目負(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PEM制氫裝備，可以隨時隨地實現(xiàn)集成化標(biāo)準(zhǔn)化制氫，大幅縮減制氫現(xiàn)場的工程量，目前已經(jīng)在國內(nèi)市場投用。

近千次實驗

破解電解水制氫瓶頸

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

“PM電解水行業(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，仍然會被國外‘卡脖子’。” 陶華冰表示，作為廈門嘉庚創(chuàng)新實驗室孵化的企業(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電解水制氫項目，技術(shù)能力和產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)已經(jīng)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。”陶華冰畫著示意圖解釋說，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。

他進(jìn)一步解釋，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)境的同時又能導(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)量僅有6—8噸，并且需要從國外進(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，陶華冰的團(tuán)隊自主研發(fā)出了多通道工況測試臺，實現(xiàn)催化劑性能的四通道同時測試，并且采用24小時無人值守，大大節(jié)省了人力、物力。經(jīng)過科研團(tuán)隊近1000次的試驗，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1/3~1/4，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正不斷計算著數(shù)據(jù)。更讓陶華冰驕傲的是，這臺儀器還同步實現(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，用于國內(nèi)本科教學(xué)平臺；在國內(nèi)材料行業(yè)企業(yè)中也收獲了大量訂單，應(yīng)用在現(xiàn)實生產(chǎn)場景中，成功實現(xiàn)了產(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。”陶華冰坦言，“我們不擔(dān)心競爭和被超越，而是更希望帶動大家一起投入到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’。”

探索新路徑

活用人才打開局面

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

“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，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。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。

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

“每天晚上12點之前，這一層實驗室都是燈火通明。”走在嘉庚實驗室3樓的回型走道上，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，“摸著石頭過河，一路‘打怪升級’”。

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2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，鷺島氫能也應(yīng)運(yùn)而生。在今年4月的新品發(fā)布會上，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機(jī)制，時鷺島氫能項目成功的關(guān)鍵。”陶華冰表示，項目成功運(yùn)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(dú)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。

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