“氨-氫”轉(zhuǎn)換，又一個(gè)新能源賽道

福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心主任江莉龍(右)、福大紫金氫能總經(jīng)理張卿(左)研討“氨-氫”燃料電池技術(shù)。

福大紫金氫能和廈門金龍共同打造的全國(guó)首輛“氨-氫”燃料電池客車

核心提示

近日，國(guó)家能源局公布第三批能源領(lǐng)域首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備名單，福大紫金氫能研制的“10千瓦級(jí)‘氨-氫’燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)”成果榜上有名。

氫能，被譽(yù)為“21世紀(jì)終極能源”。然而，在當(dāng)下節(jié)點(diǎn)，以制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、用氫為主的氫能產(chǎn)業(yè)鏈存在儲(chǔ)運(yùn)難、本質(zhì)安全性弱等痛點(diǎn)，為此，國(guó)際社會(huì)高度關(guān)注一種高效、安全的氫能載體——氨?；诎钡牡蛢r(jià)和安全運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，近年來，世界各國(guó)均在積極開展氨能產(chǎn)業(yè)布局。

面對(duì)“氨-氫”能源的全球化發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)在“氨-氫”轉(zhuǎn)換與利用的技術(shù)積累為我們帶來了“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”。在福建，依托福州大學(xué)建設(shè)，魏可鎂院士創(chuàng)建、江莉龍研究員領(lǐng)銜的化肥催化劑國(guó)家工程研究中心，率先在國(guó)際上開展以氨為儲(chǔ)氫介質(zhì)的“氨-氫”儲(chǔ)能與發(fā)電技術(shù)路線。

基于國(guó)際領(lǐng)先的“氨-氫”能源轉(zhuǎn)換顛覆性關(guān)鍵技術(shù)，2021年12月，福州大學(xué)、紫金礦業(yè)(12.130, -0.28, -2.26%)集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“紫金集團(tuán)”)、北京海新能源科技股份有限公司(原北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司，以下簡(jiǎn)稱“北京三聚環(huán)保”)在福州舉行綠色能源重大產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目戰(zhàn)略合作簽約，創(chuàng)建國(guó)內(nèi)首家“氨-氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)”，共同出資成立福大紫金氫能科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“福大紫金氫能”)，圍繞“氨-氫”綠色能源重大技術(shù)開展深度合作，力爭(zhēng)打造萬億級(jí)氨能、氫能、可再生能源一體化產(chǎn)業(yè)鏈。

在國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的背景下，這個(gè)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體致力于“氨-氫”能源新技術(shù)路線的成果轉(zhuǎn)化，不斷豐富拓展“氨-氫”能源應(yīng)用場(chǎng)景，開辟氫能源產(chǎn)業(yè)新賽道。

打造多個(gè)全國(guó)首創(chuàng)

“氨-氫”燃料電池是什么?

在福州工業(yè)路上的福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心氨燃料電池實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一臺(tái)臺(tái)不同型號(hào)、規(guī)格的“氨-氫”燃料電池發(fā)電裝置原型機(jī)讓人眼前一亮。

福州大學(xué)石油化工學(xué)院院長(zhǎng)、化肥催化劑國(guó)家工程研究中心主任江莉龍指著原型機(jī)一側(cè)的黃色瓶子說：“合成氨催化技術(shù)是我們中心的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在我們利用新一代的高效合成氨催化劑，通過液氨把氫存儲(chǔ)在這個(gè)瓶子里，再通過氨熱催化分解轉(zhuǎn)化成氫氣進(jìn)而再發(fā)出電來。”

江莉龍解釋道：“氨通過分解生成氫氮混合氣，氫氮?dú)饪刹唤?jīng)分離，直接進(jìn)入燃料電池發(fā)電，目前這個(gè)技術(shù)已處于初步商業(yè)化應(yīng)用階段。”2022年2月，由福大紫金氫能開發(fā)的國(guó)內(nèi)首座3千瓦級(jí)“氨-氫”燃料電池發(fā)電站交付中國(guó)鐵塔龍巖分公司并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，為福建龍巖曹溪鎮(zhèn)一經(jīng)常性離網(wǎng)基站提供持續(xù)不間斷的電力保障。

“這套設(shè)備實(shí)現(xiàn)了氫的即產(chǎn)即用和安全高效發(fā)電，破解了氫氣的儲(chǔ)存運(yùn)輸難題，具有低噪聲、長(zhǎng)續(xù)航等綜合優(yōu)勢(shì)。”福大紫金氫能總經(jīng)理張卿介紹，倘若該設(shè)備成功實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)10%的通信基站和數(shù)據(jù)中心提供應(yīng)急用電保證，預(yù)計(jì)每保供電一天，可節(jié)約燃料費(fèi)用約6000萬元，實(shí)現(xiàn)碳減排約4萬噸。

目前，福大紫金氫能已開發(fā)出從3千瓦到百千瓦級(jí)的多系列“氨-氫”燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)。8月23日，由福大紫金氫能研發(fā)的百千瓦級(jí)“氨-氫”燃料電池發(fā)電站首次在建筑工地領(lǐng)域投入使用。該裝置是福大紫金與中建四局建設(shè)發(fā)展有限公司合作項(xiàng)目，為建筑工地提供持續(xù)不間斷的電力保障。相比柴油機(jī)發(fā)電機(jī)每千瓦時(shí)電可節(jié)省成本30%以上。

張卿介紹，“氨-氫”燃料電池發(fā)電站可用于草原、荒漠、高山、海島等離網(wǎng)場(chǎng)景，幫助用戶實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程了解基站狀況、長(zhǎng)時(shí)間無人值守，實(shí)現(xiàn)安全、零碳、低成本供電。

氫能源作為清潔能源，其發(fā)展勢(shì)不可當(dāng)，但氫氣的存儲(chǔ)運(yùn)輸一直是限制其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的“卡脖子”難題。“以往一輛能運(yùn)輸40噸的卡車只能運(yùn)送250公斤左右的氫氣，運(yùn)輸過程會(huì)有5%~10%的氫氣自然逃逸。而且氫的爆炸極限為4%~75%,一旦泄漏很容易發(fā)生爆炸。”江莉龍介紹。

氨作為高效儲(chǔ)氫介質(zhì)，具有易液化儲(chǔ)運(yùn)、安全性高和無碳排放等優(yōu)勢(shì)。在氫能戰(zhàn)略大前提下，氨能的發(fā)展和合理利用成為大勢(shì)所趨。

“氨-氫”轉(zhuǎn)化技術(shù)除了應(yīng)用于“氨-氫”燃料電池發(fā)電站，還有更多應(yīng)用前景。張卿介紹，通過福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心研發(fā)的“高效合成氨”和“低溫氨分解”兩項(xiàng)核心技術(shù)，公司著手開發(fā)分布式電源、移動(dòng)電源、氨現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫一體站、車用/船用動(dòng)力及“氨-氫”燃燒內(nèi)燃機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)景。

去年9月，全國(guó)首座“氨現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫一體示范站”在長(zhǎng)樂建成，標(biāo)志著氨制氫加氫技術(shù)進(jìn)入應(yīng)用示范階段。該項(xiàng)目由福建石油聯(lián)合雪人股份(7.580, 0.07, 0.93%)、福大紫金氫能等福建省內(nèi)新能源企業(yè)共同推進(jìn)。

福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心教授、福大紫金氫能副總經(jīng)理羅宇告訴記者，該加氫站以氨作為氫氣的儲(chǔ)能載體，通過集“氨在線制氫、分離純化、升壓加注”等功能于一體的自主創(chuàng)新制氫加氫裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氫氣現(xiàn)產(chǎn)現(xiàn)用，一輛氫燃料電池巴士不到10分鐘便可完成氫氣充注，加滿氫后能行駛近400公里。預(yù)計(jì)2025年該技術(shù)年產(chǎn)值超百億元，預(yù)計(jì)到2030年可減排二氧化碳5600萬噸/年。該項(xiàng)目還被列入省科技廳重大專題專項(xiàng)。

今年1月，福大紫金氫能和廈門金龍共同研發(fā)出全國(guó)首輛“氨-氫”燃料電池客車，實(shí)現(xiàn)氫能在汽車上的即產(chǎn)即用，具有“加注時(shí)間短、續(xù)航里程長(zhǎng)、安全高效、節(jié)能環(huán)保”等多重優(yōu)點(diǎn)，為“氨-氫”能源在車用燃料電池領(lǐng)域的商業(yè)化推廣提供了一條重要的技術(shù)路徑。

羅宇向記者介紹，倘若該設(shè)備成功實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用，如覆蓋我國(guó)10%的重卡和船舶，預(yù)計(jì)年節(jié)約燃料費(fèi)用280億元，有望實(shí)現(xiàn)年碳減排7100萬噸。

在氫能戰(zhàn)略大前提下，各國(guó)加快相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局。2021年10月，日本政府發(fā)布第六版能源戰(zhàn)略計(jì)劃，首次提出引入氨能，希望以“氨-氫”能源形式實(shí)現(xiàn)更低成本的碳中和;韓國(guó)則宣布2022年為其氨氫發(fā)電元年，并制定了相應(yīng)的發(fā)展方針和指南，力爭(zhēng)成為全球第一大氨氫發(fā)電國(guó)。

據(jù)日本《日經(jīng)新聞》2021年12月的專題報(bào)道，世界上關(guān)于“綠氨技術(shù)”的主要研究機(jī)構(gòu)中，福州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在氨相關(guān)催化劑研究方面處于世界第一位，氨相關(guān)專利技術(shù)方面處于世界第二位，相關(guān)研究成果處于世界領(lǐng)先地位。

產(chǎn)學(xué)研深度融合

氨是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)化工原料，傳統(tǒng)上廣泛應(yīng)用于化肥、化纖、軍事、環(huán)保、制冷等領(lǐng)域。用它來作為儲(chǔ)氫介質(zhì)，優(yōu)勢(shì)明顯。

“但在‘氨-氫’能源綠色循環(huán)路線中，是將可再生能源電力電解制氫技術(shù)結(jié)合低溫低壓的綠色合成氨技術(shù)，把大規(guī)模的風(fēng)、光等可再生能源電力電解制氫后再高效合成氨，把這些綠色電力儲(chǔ)存在氨里，氨再作為能源運(yùn)輸?shù)饺珖?guó)各地使用。”江莉龍介紹。

我國(guó)傳統(tǒng)的合成氨通常以煤為原料，氫氣與空氣分離制備的氮?dú)庠诖呋瘎┳饔孟略诟邷馗邏?溫度大于490℃及壓力大于15MPa)條件下合成氨，危險(xiǎn)系數(shù)大，且能耗高。打破這種局面得益于我國(guó)化肥催化劑技術(shù)的進(jìn)步，更直接得益于一種能在低溫低壓運(yùn)行的新一代釕系合成氨催化劑。

由于國(guó)外技術(shù)封鎖，20世紀(jì)90年代末，福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心時(shí)任主任、中國(guó)工程院院士魏可鎂就帶著科研人員進(jìn)行釕系合成氨催化劑攻關(guān)。

“做這個(gè)催化劑，可謂是兩代人20多年的‘屢敗屢戰(zhàn)’。”江莉龍感慨道。

今年48歲的江莉龍來自龍巖上杭一處小山村。1997年，他從福大畢業(yè)后，加入化肥催化劑國(guó)家工程研究中心，跟隨魏可鎂院士等老一輩科研人員開始研究變換制氫、合成氨等新型高效的催化劑技術(shù)。

2008年，研究團(tuán)隊(duì)開展第一次釕系催化劑萬噸級(jí)實(shí)驗(yàn)沒有取得完全成功，由于得不到企業(yè)投入、經(jīng)費(fèi)支持，工作進(jìn)展緩慢。但江莉龍和團(tuán)隊(duì)仍一次次鼓起勁，將催化劑的反應(yīng)過程“拆開”來攻克，一步步將困難“解壓”。

2012年，該中心與北京三聚環(huán)保聯(lián)合成立福建三聚福大化肥催化劑國(guó)家工程研究中心有限公司，高校以技術(shù)入股、企業(yè)以資金入股的模式，實(shí)現(xiàn)了中心和企業(yè)的深度融合發(fā)展。

經(jīng)過多年不懈研究攻關(guān)，2018年，該中心與北京三聚環(huán)保等開發(fā)出世界首套以煤為原料的低碳安全高效合成氨成套新技術(shù)，打破了國(guó)外近30年的技術(shù)壟斷，并實(shí)現(xiàn)在20萬噸低溫低壓合成氨裝置上工業(yè)應(yīng)用，且連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行4年多。

在此基礎(chǔ)上，該中心著手進(jìn)行“氨-氫”綠色能源重大技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)制出使氨高效分解的新型低溫催化劑，攻克了“氨-氫”能源的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

學(xué)以致用，經(jīng)世濟(jì)民。彼時(shí)，江莉龍團(tuán)隊(duì)有一個(gè)強(qiáng)烈夢(mèng)想：“盡快把研究成果從實(shí)驗(yàn)品變成產(chǎn)品，將論文寫在祖國(guó)的大地上。”

2021年底，紫金集團(tuán)董事長(zhǎng)、福州大學(xué)1977級(jí)地質(zhì)專業(yè)校友陳景河來到福大，與福州大學(xué)黨委書記陳國(guó)龍和校長(zhǎng)付賢智就產(chǎn)學(xué)研深度合作展開交流。

在談到如何助力國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)時(shí)，陳景河認(rèn)為，新能源革命是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)，應(yīng)加速布局新能源賽道。雙方一拍即合，擬共同創(chuàng)建國(guó)內(nèi)首家“氨-氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)”。

交流會(huì)后，正在上海出差的江莉龍接到了校領(lǐng)導(dǎo)和紫金集團(tuán)總裁鄒來昌打來的電話，聽聞雙方有望共同建立“氨-氫”轉(zhuǎn)換技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)和高新企業(yè)的消息，江莉龍立即趕回福州。

江莉龍回憶道：福州大學(xué)第一時(shí)間成立了由校黨委書記陳國(guó)龍和校黨委副書記張星等組成的工作專班，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員多次往返于福州、廈門、上杭等地進(jìn)行深入合作商談。

“當(dāng)時(shí)我們的項(xiàng)目正在開發(fā)，已做了樣機(jī)，有幾家企業(yè)在和我們談合作。驚喜的是，陳景河董事長(zhǎng)對(duì)這一塊技術(shù)項(xiàng)目認(rèn)識(shí)非常深，而計(jì)劃一次性給予投資的金額遠(yuǎn)大于其他的在談企業(yè)，只用了40多天雙方就簽訂《戰(zhàn)略合作協(xié)議書》并注冊(cè)成立公司。”江莉龍表示。

自上而下的決策，相關(guān)部門的支持，讓雙方的合作水到渠成。“大家沒想到推進(jìn)這么快，這也讓一些企業(yè)后悔沒搶先一步。”江莉龍說。

股權(quán)激勵(lì)向前奔跑

2021年底，福大紫金氫能迅速抽調(diào)來自學(xué)校和企業(yè)的技術(shù)、管理人員組建團(tuán)隊(duì)，為公司的第一個(gè)項(xiàng)目——通信基站用“氨-氫”燃料電池發(fā)電站的啟動(dòng)做準(zhǔn)備。“我們來到革命老區(qū)龍巖一座高山上的4G基站做這個(gè)項(xiàng)目，組織了十多人開展三個(gè)月的工業(yè)測(cè)試，在山林里搭棚，吃住在山上，在野外條件下全天候作業(yè)，福大年輕優(yōu)秀的老師和我們企業(yè)人員一起開展這項(xiàng)工作，春節(jié)期間也不停不歇。”張卿說。

福大紫金氫能位于福州東南科學(xué)城科創(chuàng)中心。2022年2月，該公司成立，注冊(cè)資本26667萬元，紫金集團(tuán)貨幣出資占股75%、福州大學(xué)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限公司專利作價(jià)出資占股20%、北京海新能源科技股份有限公司專利作價(jià)出資占股5%，并由新成立公司出資3000萬元購(gòu)買學(xué)校和北京海新能源科技股份有限公司的19件專利技術(shù)。

作為我省高校和科研院所科技成果轉(zhuǎn)化綜合試點(diǎn)單位之一，福州大學(xué)加大有組織社會(huì)服務(wù)的改革力度。“為調(diào)動(dòng)科研人員成果轉(zhuǎn)化積極性，福大將專利轉(zhuǎn)化納入科研人員職稱聘任、碩博導(dǎo)遴選、績(jī)效考評(píng)等工作的考核指標(biāo)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)化收益分配向科研團(tuán)隊(duì)傾斜。”福州大學(xué)科技開發(fā)部主任黃國(guó)輝介紹，此次成果轉(zhuǎn)化中，18件專利作價(jià)投資所獲得的股權(quán)及收益，70%獎(jiǎng)勵(lì)給研發(fā)團(tuán)隊(duì);19件專利(專利申請(qǐng)權(quán))轉(zhuǎn)讓獲得的貨幣收益，學(xué)校提取到賬經(jīng)費(fèi)稅后的10%作為管理費(fèi)，剩余經(jīng)費(fèi)由研發(fā)團(tuán)隊(duì)按《福州大學(xué)橫向項(xiàng)目合作經(jīng)費(fèi)管理辦法》進(jìn)行使用，用于研發(fā)中的人員費(fèi)、材料費(fèi)等。

“學(xué)校的機(jī)制體制更靈活了，可以讓團(tuán)隊(duì)持股。我們研發(fā)團(tuán)隊(duì)獲得的股權(quán)由團(tuán)隊(duì)代表持有，既是動(dòng)力，也是壓力。”江莉龍表示，這是為了保證大家團(tuán)結(jié)不分股，一直堅(jiān)持下去，否則容易躺平。

福建省科技廳成果處負(fù)責(zé)人表示，近年來，我省持續(xù)推動(dòng)職務(wù)科技成果權(quán)屬改革，目的是要著力破除制約科技成果轉(zhuǎn)化的障礙和藩籬，消除科研人員、管理人員和領(lǐng)導(dǎo)干部對(duì)開展科技成果轉(zhuǎn)化的顧慮，樹立科技成果只有轉(zhuǎn)化才能真正實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新價(jià)值、不轉(zhuǎn)化是最大損失的理念，充分激發(fā)科研人員創(chuàng)新創(chuàng)造活力。

科技成果轉(zhuǎn)化渠道順暢，促進(jìn)了產(chǎn)學(xué)研用深度融合，并加速了技術(shù)更新迭代、擴(kuò)大技術(shù)推廣應(yīng)用、促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。

在張卿看來，能把“氨-氫”轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際，落地生根并推廣到商業(yè)，就是創(chuàng)新的最好體現(xiàn)。“公司制定實(shí)施了股權(quán)激勵(lì)，目的在于讓核心技術(shù)骨干、管理者形成一個(gè)合力，盡可能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”張卿表示，公司設(shè)定了每年?duì)I收增長(zhǎng)超100%的目標(biāo)，往前奔跑。