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淄博凭什么示范?东岳掌握“氢燃料电池芯片” 创始人坦言研发太
发布日期:2021-10-15 21:43   来源:未知   阅读:

  近日,财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委、国家能源局五部门联合发布了《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》,批复同意京津冀、上海、广东三大城市群启动实施燃料电池汽车示范应用工作。

  这三大示范区域,是国家五部委从中国近20个城市群争相报送的方案中综合多方考虑后精挑细选的,将承担着构建氢燃料电池汽车产业链条的任务。

  值得关注的是,在京津冀、上海、广东三大示范城市群中,山东淄博是唯一一个同时入选的合作城市。

  如果说淄博与京津冀尚有距离优势,与上海、广东则远隔千里,缘何三大示范城市群均把淄博这座传统老工业城市纳入其中?

  “在京津冀、上海、广东三大示范城市群中,淄博是唯一同时入选的合作城市,东岳集团又是唯一同时入选的企业。这是因为东岳掌握了氢能燃料电池汽车的关键核心技术——质子交换膜。它被称为‘氢燃料电池芯片’,是这一产业链条上不可或缺的一环。”山东东岳未来氢能材料股份有限公司(以下简称“东岳氢能”)副总经理王振华博士说。

  与传统汽车引擎结构不同,氢燃料电池汽车发动机核心是电堆,电堆的关键是膜电极,膜电极主要由质子膜、催化层、扩散层等构成,其中最关键的就是这张薄如蝉翼、只有十几微米厚的质子交换膜——氢气被注入到电池阳极后,在催化剂作用下,氢气的电子与质子分离,质子交换膜选择性地只允许质子通过到达阴极,电子从外电路到达阴极,直接产生电力,而并非氢气燃烧生电。

  目前,全球能够满足车用氢能燃料电池商用技术要求、实现量产的,只有两家公司,山东是其中之一。

  这一切还要从拥有的“薄如蝉翼、贵如黄金”的两张膜——离子膜与质子膜说起。

  上世纪80年代初,东岳集团创始人张建宏从海军复员回乡后,带领村建筑队到济南一家化工厂做工程。当听说这家化工厂拆除了两台生产无水氟化氢的转炉后,张建宏将这两个“铁疙瘩”拉回桓台县,带领38个“庄稼汉”开起了乡镇化工厂,从此进入氟化产业。后来,他们又投建了中国第一套单体年产3000吨的聚四氟乙烯工厂。

  2003年,在杭州召开的一次氟材料会议上,时任东岳集团总裁刘传奇介绍了聚四氟乙烯产品的相关情况,引起了在座的上海交通大学化工学院张永明博士的兴趣。当时,张永明正研发全氟离子膜,东岳集团生产的聚四氟乙烯单体,正是离子膜的关键原料之一。

  张永明怀着试试看的心情,提出合作研发离子膜。令他意外的是,东岳集团董事长张建宏在一周内就同意了他提出的所有条件。非但如此,张建宏还承诺,“项目研发用什么样的人、安排什么工作岗位和职务、给予什么样的工资待遇,完全由你决定。”

  2003年8月,张永明在第一次提出合作短短20多天后,便来到东岳,正式投入到离子膜的研发。

  原化工部副部长李勇武曾回忆说:“全氟离子膜是一个国家级难题,被列为化工部十大科技难题之首。从‘七五’开始,3个五年计划都没能攻关下来,后来试图购买、用市场去换外国技术,都没有成功。”

  当时中国氯碱产能已达两千多万吨,已是氯碱大国。但氯碱装置需要每两年更换离子膜一次,每次换膜,成本高达数千万元。也因此有人称“整个中国氯碱工业,一直在为国外的离子膜打工。”

  为保工业安全,国家不得不保留早已过时、约占总产能15%的隔膜工艺产能,以备不时之需。

  2009年,随着东岳氯碱离子膜的量产和万吨氯碱装置投产,进口离子膜价格应声大降45%。国家发改委当即下文,一次性全面淘汰了隔膜工艺氯碱产能。

  2008年,温哥华AFCC公司(奔驰—福特车用燃料电池公司)一专家回国考察,张永明教授将其邀请到东岳集团。温哥华被业界称为全球氢燃料电池“发源地”“大本营”,聚集了众多研发机构和知名企业。

  这位华人专家详细介绍了氢燃料电池汽车产业技术发展、市场应用前景以及AFCC。这引发了张建宏和张永明的浓厚兴趣。

  原来,氯碱离子膜与燃料电池质子膜分属两大产业,却同属氟化产业,有着共同的原料——全氟磺酸树脂。东岳集团研发离子膜过程中,已拥有了从萤石到四氟乙烯、再到全氟磺酸树脂的上游产业链条,向下游研发事半功倍;AFCC则能根据汽车公司实际市场应用,提供技术指导、试验评价以及改进意见——这等于为上游核心部件的研发提供了与汽车产业需求相对接的方向。

  眼看氯碱离子膜研发已近成熟,张建宏和张永明又组建起新的研发团队,着手攻关质子膜。

  东岳集团研发离子膜与质子膜,相似之处是,攻关的都是“卡脖子”的关键技术,难度巨大;不同的是,氯碱离子膜市场广阔,而作为氢燃料电池核心部件的质子膜,当时几乎看不到应用前景,甚至多个汽车巨头中途离场,即使研发成功,也不一定就能带来相应的收益。

  作为后来者,张建宏提出了“以高补晚——引进高新技术缩短行业差距,以大补晚——扩大规模、提高产量;以快补晚——用其他企业1/3的时间投入生产”的赶超措施。

  起步阶段,东岳集团只能在实验室从研发手动质子膜开始,同时对标先进公司的技术路线。但东岳也有自己的优势——多年氟化产业的技术经验储备,能够自行生产原料。

  研发是一项高额的风险投资:张建宏划拨100万元,专门用作张永明课题经费,投资1亿元建了国内一流的研究院。东岳从北大、清华、中科院等引入了260多名博士、专家,到淄博安家落户,又分别在上海、北京、深圳、日本、加拿大、德国建立6个研发中心……有一年研发项目投入高达5亿元以上,而东岳集团当时年销售收入只有8个亿。

  前沿科技的研发,宛如在岔路众多的山道上前行。东岳集团首先攻关的,是当时占据全球主流的均质膜技术。眼看着小批量生产试验已经完成,产品性能也令人满意,可2012年应用增强材料的复合膜,以强度更高、寿命更长、性能更优,获得了业界与市场的广泛认可,东岳集团不得不急打方向、改换路线。

  “研发最大的风险就在于路径的选择。一个产品最终能否从实验室走向市场,取决于成本、寿命、性能等综合指标能否达到客户需求,有时研发就像走到一个岔路口,有的路径在单一指标上具有优势,可沿着这条岔路走下去,却发现其他指标无法满足。只好退回到岔路口,从头开始……”东岳氢能研究所所长王丽坦言,质子膜研发经历了几十个重大关口,只有每个路口都选对了,才能成功。

  研发,对标,改进,再研发,再对标,再改进……至今,张永明已数不清自己在研发中遇到多少棘手的难题,在实验室度过了多少个不眠之夜。但每逢挫折、困难,甚至研发陷入停滞时,张建宏与东岳集团从未动摇。

  随着全球碳中和时代来临,氢能汽车市场前景逐渐明朗。2012年AFCC在全球展开了一场大筛选,包括中国东岳集团,美国戈尔公司、杜邦公司,日本旭硝子公司,德国巴斯夫公司等十几家企业,送交样品参与评测。最终,东岳集团“通关”,双方开始签约合作进行量产稳定性、适应性和经济性等指标的攻关。

  2016年11月27日,AFCC燃料电池首席执行官安德鲁斯来到东岳集团,亲手将燃料电池膜成功突破6000小时寿命加速测试的证书交给张建宏。双方还签署《联合开发协议》,全面深化战略合作。

  在张建宏看来,拿到这张证书,意味着东岳燃料电池膜达到全球一线水平,可用于奔驰、福特的量产氢燃料电池汽车,也意味着拿到了进军全球氢燃料电池汽车市场的“通行证”。

  业界公认质子膜有两大主要优势,一是性能好,二是寿命满足长时间应用要求——这就有了成本、经济性保证,也就能打通市场化、产业化的阻隔。“为什么质子交换膜,中国只有东岳一家做?因为研发太难、路线长、耗时长。十多年至今还在赔钱,年年赔几千万。如果不是有东岳集团的支持,研发不可能持续。”如今已是东岳集团首席科学家的张永明感慨。

  不过,谈及两张膜的研发,张建宏却坦言,“对于民营企业来说,特别是创业过程中缺乏积累的时期,我不建议大家搞0到1的原始创新,因为太烧钱了,不确定性太强,一般民营企业搞不了。”

  前沿技术的研发,最终是为了市场化和产业化应用,2017年东岳集团专门设立了东岳未来氢能材料有限公司。广粤骏达清障车报价道路救援清障车选择那个品牌好

  氢能成为未来主流能源的趋势,也已日渐清晰:中国政府做出了“碳达峰、碳中和”的承诺,并于2019年将氢能写入政府工作报告;美国、日本、德国、韩国等,也均公布了发展氢能产业的行动目标及技术路线年国内共生产燃料电池商用车超过3000辆,生产和应用规模跃居全球第一。

  2020年11月18日,东岳氢能质子交换膜生产线一期工程投产,一期工程年产量为50万平方米,二期工程预计今年可投产。项目全部达产后,年产能可达150万平方米,每年可支撑10万辆氢能汽车的需求,将成为全球重要的质子膜生产基地。

  按照每辆氢能汽车使用10-15平米质子膜,每平米质子膜1000元粗略估算,整个项目可产生15亿元销售收入。

  目前,东岳氢能的质子膜大部分在国内市场销售,并已进入福特奔驰供应商目录、就具体商务条款进行谈判。“相比国际其他竞争对手,东岳的优势在于,形成了从原料、中间体、单体、聚合物到成膜技术等氟化工全产业链条,既能从上游保证质子膜原料的供给,也能从下游产品设计出发,将上游原料作为变量,满足市场需求。”王丽说。

  不过,任何一项前沿技术能否从实验室走向市场,不仅在于关键技术的单点突破,更在于整个链条均衡发展,形成产业的闭环。氢能产业链,包括上游氢气制取、储存、运输,中游燃料电池系统及零部件生产制造,下游氢燃料电池应用等环节,绝非某家企业一己之力所能为。

  “国家要求必须突破关键核心技术,打造自主可控的产业链,支持跨区域强强联合。这为东岳带来了重要发展机遇。”张建宏介绍,东岳与全国50余家下游优势企业签订了合作意向书。

  东岳氢能副总经理王振华表示,一方面,参与示范的企业可获得政府政策鼓励和奖励支持,另一方面,能够助推东岳燃料电池膜的市场化推广,提升产销量和显性效益。与此同时,大规模、成体系的示范应用,将实现批量化过程中的技术迭代和完善,促使东岳燃料电池膜在技术性能、质量水平等方面进一步突破。

  事实上,东岳集团所在的淄博,已率先推动氢能汽车市场化、产业化发,将氢能作为城市的“一号工程”重点扶持。

  作为氢能大省,山东年产氢气260万吨,居全国首位。老工业城市淄博氢气年产量约48万吨,占18.46%,仅氯碱副产氢气年产量就达3.2万吨,供氢成本持续稳定在35元/公斤左右,具有一定的价格优势。

  2019年9月18日,东岳集团与国内氢燃料电池发动机龙头企业——北京亿华通科技股份有限公司(688339)签订战略合作协议,在淄博合作共建氢能产业园,形成从燃料电池电控,到燃料电池系统、电堆以及关键部件(膜电极、双极板)的一体化产研结合体系,打造自主可控的氢燃料电池产业链。

  同时,淄博还引入了爱德曼燃料电池发动机产业化项目、吉利汽车年产15万辆新能源高端商用车项目,全力打造以东岳集团为中心的淄博氢燃料电池关键部件及材料产业集群。