文/佛山市新闻传媒中心记者毛蕾、莫璇
传统用作农业化肥的物质,能否成为实现“双碳”目标的一个突破口?10月18日,在2024年中国氢能产业大会上,除了聚焦氢能,行业专家、企业的目光纷纷集中在“氨(NH_3)”这个化合物之上。
会上,佛山仙湖实验室战略科学家、武汉理工大学首席教授程一兵,向全球推广“氨氢新能源工业窑炉零碳燃烧技术”。在他的技术指导下,今年9月,全球首条零碳燃烧陶瓷量产线在佛山陶瓷企业蒙娜丽莎集团成功投产。
时针拨回三年前,程一兵第一次在2021年中国氢能产业大会上分享氨氢融合技术。“日本优先使用氨作为实现2050年碳中和达标的清洁燃料,这个信息一定要得到重视。”他希望在仙湖实验室尽快建立氢氨融合燃烧实验室,解决技术挑战,并尽快与本地的陶瓷行业开展合作,助力实现“碳达峰”。
经过三年的努力,颠覆性创新技术的研发和落地,在佛山完成了闭环。科学家的呼吁从会场走向企业,仙湖实验室与蒙娜丽莎集团等佛山陶瓷企业携手,攻克了氨氢融合技术研发与产业化应用这一世界性难题。
科研机构与陶瓷企业共赴“零碳”追求之路
零碳追求,体现了构建人类命运共同体的责任和担当。这一追求落实到科研领域,汇聚成无数个苦思冥想、反复实验的日日夜夜。
程一兵上世纪八十年代毕业于武汉理工大学,曾先后在英国、澳大利亚求学、任教。他是材料、能源领域的顶尖科学家,陶瓷材料就是他的重点研究方向之一,同时多年进行新型薄膜太阳电池研究。
求学、任教经历,让他格外了解全球趋势、关注能源变革、熟悉产业应用。2019年,武汉理工大学与佛山市、南海区共建的佛山仙湖实验室成立,程一兵作为武汉理工大学的特聘教授,来到仙湖实验室展开科研工作。
业界普遍认为,氢能是实现“双碳”目标的重要技术途径,佛山仙湖实验室作为唯一以氢能为主攻方向的省实验室,确定了在电解水制氢和燃料电池汽车等研究主线。
不过,氢能在储运方面存在诸多难题,气体活跃、安全储运成本高,氢气液化温度达到-253℃,液氢的制备过程能耗大。为此,实验室将目光投向氨能,制定氨氢融合技术的发展规划。
作为氨氢融合技术的带头人和推动者,程一兵一有机会就向各界人士摆数据、讲原理,普及氨氢融合技术的优势和原理。“氨是氢的高效储运介质,可以将氢的运输半径从150~200公里增加至数千公里以上。”他认为,建材、发电、冶金等“高温工业”,可以利用氨氢零碳燃烧技术,找到绿色发展的路径。
而此时的佛山建陶行业,已经走过了多次的能源应用之变。作为全国最大的建筑陶瓷生产基地之一,佛山的陶瓷企业在改革开放后遍地开花。四十多年来,陶瓷产业经历了环保整治攻坚战、“煤改气”等环保、能源方面的大浪淘沙,零碳追求、绿色追求,逐渐在陶瓷企业发展中,成为像生命线一样重要的东西。
“2030年的碳达峰倒计时已开始,如果我们不主动去做,不把峰值降下来,那唯有以停掉部分产线来应对。”示范量产线项目事务总负责人、蒙娜丽莎集团董事张旗康说。佛山陶企清晰地感知到,低碳、零碳生产,对陶瓷行业乃至高温工业意义非凡。
科学研究的道路、产业发展的道路,以程一兵、张旗康等为代表的科学家、企业家,在佛山相识相遇。
按照测算,如果氨氢融合技术能够有效普及到佛山160条陶瓷板(砖)生产线,将直接减少二氧化碳排放66.5万吨/年;若推广应用于广东全省的电厂、陶瓷、建材、钢铁、有色金属、化工等高温工业,按10%热值掺氨燃烧,可减少碳排放约2000万吨/年;若纯氨100%燃烧,可减少碳排放约2亿吨/年。
零碳追求,目标清晰、前景广阔。
各方携手完成技术研发应用“接力跑”
陶瓷工业氨氢零碳燃烧技术示范量产线的投产,不是一蹴而就的。
2021年的氢能产业大会后,程一兵曾带着技术团队到窑炉生产企业德力泰拜访,同时在场的还有帝欧家居中央研究院院长郑树龙。他们听完介绍后,当即拍板启动与仙湖实验室的合作。仅仅半个月,由仙湖实验室和帝欧家居旗下的欧神诺陶瓷、德力泰共建的先进零碳燃烧技术联合创新研发中心成立,推进研究和中试工作。
研发中心需要解决的第一个问题,就是如何“控制火候”。“氨气既不容易点火,也不容易稳定燃烧,我们看了很多资料,设计改造燃烧器。”程一兵说。
一场关于稳定燃烧的“拉力赛”展开。他们先在实验室验证参数,再到德力泰开展燃烧器设计制造。3个月内,15款燃烧器先后设计出来,最终确认了氨气燃烧器的初步原型。
氨气燃烧产生氮氧化物,本身也是温室气体。“我们前后花了8个月的时间来攻克排放问题。”德力泰技术总监程希如说,大空间、多级燃烧的思路和SNCR和SCR的脱硝手段推出,使的氮氧化物排放量远低于国家标准。
2022年12月18日,中试生产一次成功。全球首片质量合格、烟气排放达到国标的750×750mm规格“零碳烧制瓷砖”,在欧神诺零碳示范窑炉下线。此时距第一次“三方会谈”刚好过去一年。这是一次关键的突破,但从中试到量产,还有很长的道路要走。谁能完成“接力跑”?
佛山另一家知名陶企——蒙娜丽莎集团站了出来,“三方会谈”变成了“五方携手”。佛山民营企业的“大胸怀”让程一兵十分感动。前期中试阶段的成果,产生的部分知识产权属于欧神诺,如果交接不好容易产生纠纷。关键时期,欧神诺与蒙娜丽莎达成协定:蒙娜丽莎可以无偿使用前期所有的知识产权,蒙娜丽莎产业化后得到的所有知识产权欧神诺也可以无偿使用。
为了推动产线建设,蒙娜丽莎做好了各种预案,成立了7个工作小组。其间要突破的限制也有很多。例如氨气储罐,我国缺少相关的规定、标准,审批手续没有先例可循。在佛山市政府的支持下,南海在政策空白处做出了突破,发布《南海区企业自用氨站建设办理流程指引》,允许企业在审批手续齐全的基础上,在工厂使用氨气作为自用燃料。
氨站建设过程中,仙湖实验室与佛山阿莫尼亚科技有限公司合资成立的广东安清科技有限公司又不断攻坚克难,发挥了重要作用。
今年9月,全球首条陶瓷工业氨氢零碳燃烧技术示范量产线终于在蒙娜丽莎集团正式投产。该量产线全长150米,设计年产能达150万平方米,可实现0~100%任意比例天然气掺氨混合燃烧,如100%采用氨气作为燃料可实现零碳排放。
佛山仙湖实验室携手蒙娜丽莎集团等佛山4家企业,在当地党委政府的支持下,共同书写了这样一个迈向零碳目标的传奇。
一种精神在佛山大地传承弘扬
“我做了40多年科研,之前从来没有遇到过和企业谈合作,当场就能定下来的情况。在佛山,我却遇到了两次,一次推动世界第一块零碳燃料烧制的瓷砖在欧神诺中试线出炉,一次让全球首条零碳燃烧陶瓷量产线在蒙娜丽莎成功投产。”程一兵用“仙湖有创意、民企有作为、政府有担当、佛山有发展”,来总结这次备受瞩目的成功探索和实践。
敢于探索、勇于实践,正是推动佛山发展的动力源泉。佛山人、佛山企业向来崇尚首创精神。早在改革开放之初,“敢饮头啖汤”“摸着石头过河”,就是真实写照。
1978年8月,港商与佛山顺德容奇镇政府共同出资创办中国首家“三来一补”企业——广东大进制衣厂,“三来一补”模式迅速在佛山、在全国推广开来。
上世纪90年代,全国首家生产分体式空调机的厂家、亚洲最大吊式电风扇厂、全国最大燃气具厂家和微波炉厂纷纷在佛山诞生。
随后,佛山一大批企业家凭借着敏锐的市场嗅觉,一步一个脚印,推动佛山制造在全国“称雄”,南海一张椅(联邦椅)、顺德一把扇(鸿运扇)、三水一瓶水(健力宝)成为时代“爆款。”
时至今日,佛山作为全国唯一的制造业转型升级综合改革试点城市,31个制造业大类应有尽有,形成了“三五成群,十有八九”的产业格局,“有家就有佛山造”享誉全球,2023年规上工业总产值突破3万亿元,跃升成为“中国工业第四城”。
可以说,佛山如今的产业地位、城市地位,正是无数人、无数企业在这片热土上敢于探索、勇于实践打拼出来的。
仙湖实验室、蒙娜丽莎集团等佛山科研机构与企业在氨氢融合技术应用上取得全球性突破,其中所彰显的敢于探索、勇于实践的精神,正在这片热土上传承、弘扬!