“氨-氫”轉換，又一個(gè)新能源賽道

福州大學(xué)化肥催化劑國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(mén)金龍共同打造的全國首輛“氨-氫”燃料電池客車(chē)

核心提示

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

氫能，被譽(yù)為“21世紀終極能源”。然而，在當下節點(diǎn)，以制氫、儲氫、運氫、用氫為主的氫能產(chǎn)業(yè)鏈存在儲運難、本質(zhì)安全性弱等痛點(diǎn)，為此，國際社會(huì )高度關(guān)注一種高效、安全的氫能載體——氨?；诎钡牡蛢r(jià)和安全運輸優(yōu)勢，近年來(lái)，世界各國均在積極開(kāi)展氨能產(chǎn)業(yè)布局。

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

基于國際領(lǐng)先的“氨-氫”能源轉換顛覆性關(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%)集團股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“紫金集團”)、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(chēng)“北京三聚環(huán)保”)在福州舉行綠色能源重大產(chǎn)業(yè)項目戰略合作簽約，創(chuàng )建國內首家“氨-氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新平臺”，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(chēng)“福大紫金氫能”)，圍繞“氨-氫”綠色能源重大技術(shù)開(kāi)展深度合作，力爭打造萬(wàn)億級氨能、氫能、可再生能源一體化產(chǎn)業(yè)鏈。

在國家“雙碳”戰略目標的背景下，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(xiàn)的成果轉化，不斷豐富拓展“氨-氫”能源應用場(chǎng)景，開(kāi)辟氫能源產(chǎn)業(yè)新賽道。

打造多個(gè)全國首創(chuàng )

“氨-氫”燃料電池是什么?

在福州工業(yè)路上的福州大學(xué)化肥催化劑國家工程研究中心氨燃料電池實(shí)驗室內，一臺臺不同型號、規格的“氨-氫”燃料電池發(fā)電裝置原型機讓人眼前一亮。

福州大學(xué)石油化工學(xué)院院長(cháng)、化肥催化劑國家工程研究中心主任江莉龍指著(zhù)原型機一側的黃色瓶子說(shuō)：“合成氨催化技術(shù)是我們中心的傳統優(yōu)勢，現在我們利用新一代的高效合成氨催化劑，通過(guò)液氨把氫存儲在這個(gè)瓶子里，再通過(guò)氨熱催化分解轉化成氫氣進(jìn)而再發(fā)出電來(lái)。”

江莉龍解釋道：“氨通過(guò)分解生成氫氮混合氣，氫氮氣可不經(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)化應用階段。”2022年2月，由福大紫金氫能開(kāi)發(fā)的國內首座3千瓦級“氨-氫”燃料電池發(fā)電站交付中國鐵塔龍巖分公司并實(shí)現穩定運行，為福建龍巖曹溪鎮一經(jīng)常性離網(wǎng)基站提供持續不間斷的電力保障。

“這套設備實(shí)現了氫的即產(chǎn)即用和安全高效發(fā)電，破解了氫氣的儲存運輸難題，具有低噪聲、長(cháng)續航等綜合優(yōu)勢。”福大紫金氫能總經(jīng)理張卿介紹，倘若該設備成功實(shí)現推廣應用，為國內10%的通信基站和數據中心提供應急用電保證，預計每保供電一天，可節約燃料費用約6000萬(wàn)元，實(shí)現碳減排約4萬(wàn)噸。

目前，福大紫金氫能已開(kāi)發(fā)出從3千瓦到百千瓦級的多系列“氨-氫”燃料電池分布式發(fā)電系統。8月23日，由福大紫金氫能研發(fā)的百千瓦級“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發(fā)展有限公司合作項目，為建筑工地提供持續不間斷的電力保障。相比柴油機發(fā)電機每千瓦時(shí)電可節省成本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(hù)實(shí)現遠程了解基站狀況、長(cháng)時(shí)間無(wú)人值守，實(shí)現安全、零碳、低成本供電。

氫能源作為清潔能源，其發(fā)展勢不可當，但氫氣的存儲運輸一直是限制其產(chǎn)業(yè)化應用的“卡脖子”難題。“以往一輛能運輸40噸的卡車(chē)只能運送250公斤左右的氫氣，運輸過(guò)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。

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

“氨-氫”轉化技術(shù)除了應用于“氨-氫”燃料電池發(fā)電站，還有更多應用前景。張卿介紹，通過(guò)福州大學(xué)化肥催化劑國家工程研究中心研發(fā)的“高效合成氨”和“低溫氨分解”兩項核心技術(shù)，公司著(zhù)手開(kāi)發(fā)分布式電源、移動(dòng)電源、氨現場(chǎng)制氫加氫一體站、車(chē)用/船用動(dòng)力及“氨-氫”燃燒內燃機等應用場(chǎng)景。

去年9月，全國首座“氨現場(chǎng)制氫加氫一體示范站”在長(cháng)樂(lè )建成，標志著(zhù)氨制氫加氫技術(shù)進(jìn)入應用示范階段。該項目由福建石油聯(lián)合雪人股份(7.580, 0.07, 0.93%)、福大紫金氫能等福建省內新能源企業(yè)共同推進(jìn)。

福州大學(xué)化肥催化劑國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能載體，通過(guò)集“氨在線(xiàn)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)現氫氣現產(chǎn)現用，一輛氫燃料電池巴士不到10分鐘便可完成氫氣充注，加滿(mǎn)氫后能行駛近400公里。預計2025年該技術(shù)年產(chǎn)值超百億元，預計到2030年可減排二氧化碳5600萬(wàn)噸/年。該項目還被列入省科技廳重大專(zhuān)題專(zhuān)項。

今年1月，福大紫金氫能和廈門(mén)金龍共同研發(fā)出全國首輛“氨-氫”燃料電池客車(chē)，實(shí)現氫能在汽車(chē)上的即產(chǎn)即用，具有“加注時(shí)間短、續航里程長(cháng)、安全高效、節能環(huán)保”等多重優(yōu)點(diǎn)，為“氨-氫”能源在車(chē)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，倘若該設備成功實(shí)現推廣應用，如覆蓋我國10%的重卡和船舶，預計年節約燃料費用280億元，有望實(shí)現年碳減排7100萬(wàn)噸。

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

據日本《日經(jīng)新聞》2021年12月的專(zhuān)題報道，世界上關(guān)于“綠氨技術(shù)”的主要研究機構中，福州大學(xué)研究團隊在氨相關(guān)催化劑研究方面處于世界第一位，氨相關(guān)專(zhuān)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)系國計民生的基礎化工原料，傳統上廣泛應用于化肥、化纖、軍事、環(huán)保、制冷等領(lǐng)域。用它來(lái)作為儲氫介質(zhì)，優(yōu)勢明顯。

“但在‘氨-氫’能源綠色循環(huán)路線(xiàn)中，是將可再生能源電力電解制氫技術(shù)結合低溫低壓的綠色合成氨技術(shù)，把大規模的風(fēng)、光等可再生能源電力電解制氫后再高效合成氨，把這些綠色電力儲存在氨里，氨再作為能源運輸到全國各地使用。”江莉龍介紹。

我國傳統的合成氨通常以煤為原料，氫氣與空氣分離制備的氮氣在催化劑作用下在高溫高壓(溫度大于490℃及壓力大于15MPa)條件下合成氨，危險系數大，且能耗高。打破這種局面得益于我國化肥催化劑技術(shù)的進(jìn)步，更直接得益于一種能在低溫低壓運行的新一代釕系合成氨催化劑。

由于國外技術(shù)封鎖，20世紀90年代末，福州大學(xué)化肥催化劑國家工程研究中心時(shí)任主任、中國工程院院士魏可鎂就帶著(zhù)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’。”江莉龍感慨道。

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

2008年，研究團隊開(kāi)展第一次釕系催化劑萬(wàn)噸級實(shí)驗沒(méi)有取得完全成功，由于得不到企業(yè)投入、經(jīng)費支持，工作進(jìn)展緩慢。但江莉龍和團隊仍一次次鼓起勁，將催化劑的反應過(guò)程“拆開(kāi)”來(lái)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)現了中心和企業(yè)的深度融合發(fā)展。

經(jīng)過(guò)多年不懈研究攻關(guān)，2018年，該中心與北京三聚環(huán)保等開(kāi)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)，打破了國外近30年的技術(shù)壟斷，并實(shí)現在20萬(wàn)噸低溫低壓合成氨裝置上工業(yè)應用，且連續穩定運行4年多。

在此基礎上，該中心著(zhù)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)世濟民。彼時(shí)，江莉龍團隊有一個(gè)強烈夢(mèng)想：“盡快把研究成果從實(shí)驗品變成產(chǎn)品，將論文寫(xiě)在祖國的大地上。”

2021年底，紫金集團董事長(cháng)、福州大學(xué)1977級地質(zhì)專(zhuān)業(yè)校友陳景河來(lái)到福大，與福州大學(xué)黨委書(shū)記陳國龍和校長(cháng)付賢智就產(chǎn)學(xué)研深度合作展開(kāi)交流。

在談到如何助力國家實(shí)現“雙碳”目標時(shí)，陳景河認為，新能源革命是機遇，也是挑戰，應加速布局新能源賽道。雙方一拍即合，擬共同創(chuàng )建國內首家“氨-氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新平臺”。

交流會(huì )后，正在上海出差的江莉龍接到了校領(lǐng)導和紫金集團總裁鄒來(lái)昌打來(lái)的電話(huà)，聽(tīng)聞雙方有望共同建立“氨-氫”轉換技術(shù)創(chuàng )新平臺和高新企業(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(shū)記陳國龍和校黨委副書(shū)記張星等組成的工作專(zhuān)班，有關(guān)領(lǐng)導、技術(shù)人員多次往返于福州、廈門(mén)、上杭等地進(jìn)行深入合作商談。

“當時(shí)我們的項目正在開(kāi)發(fā)，已做了樣機，有幾家企業(yè)在和我們談合作。驚喜的是，陳景河董事長(cháng)對這一塊技術(shù)項目認識非常深，而計劃一次性給予投資的金額遠大于其他的在談企業(yè)，只用了40多天雙方就簽訂《戰略合作協(xié)議書(shū)》并注冊成立公司。”江莉龍表示。

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

股權激勵向前奔跑

2021年底，福大紫金氫能迅速抽調來(lái)自學(xué)校和企業(yè)的技術(shù)、管理人員組建團隊，為公司的第一個(gè)項目——通信基站用“氨-氫”燃料電池發(fā)電站的啟動(dòng)做準備。“我們來(lái)到革命老區龍巖一座高山上的4G基站做這個(gè)項目，組織了十多人開(kāi)展三個(gè)月的工業(yè)測試，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(kāi)展這項工作，春節期間也不停不歇。”張卿說(shuō)。

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，注冊資本26667萬(wàn)元，紫金集團貨幣出資占股75%、福州大學(xué)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限公司專(zhuān)利作價(jià)出資占股20%、北京海新能源科技股份有限公司專(zhuān)利作價(jià)出資占股5%，并由新成立公司出資3000萬(wàn)元購買(mǎi)學(xué)校和北京海新能源科技股份有限公司的19件專(zhuān)利技術(shù)。

作為我省高校和科研院所科技成果轉化綜合試點(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。“為調動(dòng)科研人員成果轉化積極性，福大將專(zhuān)利轉化納入科研人員職稱(chēng)聘任、碩博導遴選、績(jì)效考評等工作的考核指標，知識產(chǎn)權轉化收益分配向科研團隊傾斜。”福州大學(xué)科技開(kāi)發(fā)部主任黃國輝介紹，此次成果轉化中，18件專(zhuān)利作價(jià)投資所獲得的股權及收益，70%獎勵給研發(fā)團隊;19件專(zhuān)利(專(zhuān)利申請權)轉讓獲得的貨幣收益，學(xué)校提取到賬經(jīng)費稅后的10%作為管理費，剩余經(jīng)費由研發(fā)團隊按《福州大學(xué)橫向項目合作經(jīng)費管理辦法》進(jìn)行使用，用于研發(fā)中的人員費、材料費等。

“學(xué)校的機制體制更靈活了，可以讓團隊持股。我們研發(fā)團隊獲得的股權由團隊代表持有，既是動(dòng)力，也是壓力。”江莉龍表示，這是為了保證大家團結不分股，一直堅持下去，否則容易躺平。

福建省科技廳成果處負責人表示，近年來(lái)，我省持續推動(dòng)職務(wù)科技成果權屬改革，目的是要著(zhù)力破除制約科技成果轉化的障礙和藩籬，消除科研人員、管理人員和領(lǐng)導干部對開(kāi)展科技成果轉化的顧慮，樹(shù)立科技成果只有轉化才能真正實(shí)現創(chuàng )新價(jià)值、不轉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、擴大技術(shù)推廣應用、促進(jìn)科技成果轉移轉化。

在張卿看來(lái)，能把“氨-氫”轉化技術(shù)應用到實(shí)際，落地生根并推廣到商業(yè)，就是創(chuàng )新的最好體現。“公司制定實(shí)施了股權激勵，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)間內實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。”張卿表示，公司設定了每年營(yíng)收增長(cháng)超100%的目標，往前奔跑。