在一片掌声中，“成都氢谷”又添新成果。近日，国内首创最大单体电解水制氢设备——3.2MPa、1500~2000Nm3/h碱性电解水制氢系统在江苏无锡发布。该设备单台产氢量大、电解效率高、超负荷调节能力强、启动速度快、压力等级可选，填补了国内千方级高压力电解槽空白。这样的重量级成果并非横空出世。负责研发设计的大连理工大学教授梁长海告诉《中国科学报》，这背后有“独家秘籍”。发布会刚开完，梁长海脸上露出抑制不住的笑容。成果发布会可能只有短短1小时，而他为此却打了近20年的地基。“我在博士期间就涉猎电催化方向的研究。”梁长海说。从中国科学院大连化学物理研究所博士毕业后，梁长海选择留所，在催化基础国家重点实验室延续博士期间的工作。2003年底，他作为洪堡学者远赴德国波鸿鲁尔大学。之后，他作为博士后在瑞士苏黎世联邦理工学院从事研究。回国后，梁长海在大连理工大学成立了先进材料与催化工程课题组。课题组主要通过材料化学制备方法的创新、新催化材料的创制以及多相催化反应动力学的研究，解决能源转化、环境保护和精细化学品合成中的科学和技术问题。因具备来源多样、利用高效、清洁环保等特点，氢能成为构建以可再生能源为主的多元能源供应体系的重要载体。制氢有多种方式，其中，电解水制氢在生产过程中不会产生温室气体，其氢气产物被称为“绿氢”。相关领域引起了梁长海团队的兴趣。“顾名思义，电解水就是通过电能将水分解为氢气与氧气的过程。”梁长海说，“目前比较常见的电解水技术包括碱性水电解技术、质子交换膜水电解技术以及固体氧化物电解技术。我们这个设备采用的就是碱性水电解技术。”选择这一方向是团队慎重思考的结果——碱性水电解技术已有近百年的发展历程，成本较低、体系较为成熟，比较适合大规模的工业化生产。确定了研发方向，梁长海团队就此展开研究。在此过程中，机械装置设计成为了一个难题。“当时这个实验装置刚设计出来，结果在测的过程中氢含氧量特别高。东北冬天的温度低至零下十几摄氏度，大家手都冻得又红又痒，就是找不到解决办法。”梁长海回忆道。鏖战40多个日夜，他们将系统、控制问题逐一排除后，最终在设备主机上发现了一个小小的缺口——这正是影响该设备性能的关键因素。类似的困难还有很多。不过，在国内首创最大单体电解水制氢设备成功发布后，梁长海说：“现在回想起来，好多困难在我的记忆里都已经模糊了。我们如今想的，是以后怎样才能将产业化做得更好。”据了解，该设备拥有业内首个自主开发的智能化、数字化设计系统，填补了国内千方级高压力电解槽空白。该电解槽采用压力容器标准实施设计，轻量精巧，极大缩短了制造周期、节约用户成本，适用于储能、动力、冶炼、化工、交通、玻璃、食品、医药、电子等多个领域。“系统是我们团队研发设计的，中试是在大连理工大学成都研究院做的，设备制造则联合了无锡华光环保能源集团股份有限公司（以下简称华光环能）。”梁长海说，“但其实，我们和华光环能的合作并非从这个项目才开始。”华光环能主要深耕环保和能源两大领域。梁长海团队与该公司的第一次合作，要追溯到2015年，合作的方向是燃气脱硝脱汞。燃煤锅炉里一般含有大量的氮氧化物和汞。汞即水银，对人体有害，华光环能就想将锅炉中这部分有害物质“脱除”。梁长海团队和华光环能携手攻关两年，成功研发出脱硝脱汞催化剂，在工业装置上取得很好的测试效果。经过那次合作，他们彼此都很信任，所以才有了开发电解水制氢设备的第二次合作。“我和华光环能那边的负责人坐下来，以朋友的方式聊聊天，就商量出了这个思路。”梁长海说，“他问我，催化方面你是行家，这个想法可不可行？我当即就答应下来。我说，‘我能做，我们合作把它做好’。”通过一次简单的交谈，双方一拍即合——梁长海提供技术，华光环能提供研发资金、负责装备制造及产业化。在设备初具雏形后，团队“走出”校园，“走进”成都的中试基地，在放大试验成功后，他们来到了华光环能。华光环能拥有丰富的装备制造经验，为团队提供了强有力的技术支撑。“比如，我们的机器需要利用隔膜这一关键材料，但是我们没有制作能力。”梁长海告诉《中国科学报》，“华光环能的工作人员说：你把图纸给我们，我们有制作经验，你需要什么，很快就能做好。”在做电解槽时，梁长海对此有了更深刻的体会。焊接成型机械加工需要很长的制作周期，找第三方制作公司需要3个月时间，华光环能仅花了1个月就解决了机械加工这一难题。20余人的合作团队像坐上了“火箭”，很快就将碱性电解水制氢系统推向大众。成果一发布，许多公司就找上门寻求合作。“包括中石油、中石化等都找过我们，想买终端的设备成品，我们也在进一步思考相关事宜。”梁长海说。在产学研一体化的道路上，大连理工大学和梁长海团队一直走在前列。一直以来，他们坚持的是“从实验室走进工厂”的模式：在学校进行基础研究，随后将相关成果拿到大连理工大学成都研究院，进行工业试验放大。这里是一个中试基地，不做基础研究，只从事成果转化工作。“研究院以化工研究为主。”梁长海介绍道，“它就像是一座桥梁，围绕国家的重大需求，把学校和成果转化之间的‘动脉’‘架’了起来。学校里场地有限、施展不开，研究院提供了更广阔的天地，将实验室成果和工业化生产连接起来，让整个流程更顺畅。”比如，氢气易燃易爆、具有一定的危害性，放大试验必须要在化工园区做。成都研究院为中试试验提供了场地，困难迎刃而解。“这个电解水制氢系统目前是1.0版本，后续我们和华光环能还要合作2.0版本，在隔膜和催化剂方面作进一步改进。”梁长海说。此外，他们和华光环能正进行第三次合作——二氧化碳捕集项目。“现在关于高浓度二氧化碳捕集有很多成熟的技术，而低浓度二氧化碳捕集则是一个人们较少涉猎的领域。现在实验室装置已经基本做好了，马上就要到成都研究院进行中试。”梁长海说。今年，大连理工大学成都研究院、华光环能、成都新材料产业功能区共同签署了合作协议，三方将聚焦绿色低碳领域，在成都合作建设零碳工程技术研究中心和新材料及装备产业化基地，为企业绿色转型、碳回收管理等提供领先的技术创新支持。
