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在一片掌声中，“成都氢谷”又添了新成果。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隆重发布。
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。
这样重量级的成果并非“横空出世”，寥寥数语不能阐述背后的艰辛，负责研发设计的大连理工大学梁长海教授告诉《中国科学报》，这背后原来还有“独家秘籍”。
发布会现场。受访者供图
“氢”装上阵的国内首创
发布会刚开完，梁长海脸上显露出抑制不住的笑容。成果发布可能只需要一个小时，而此前却打了近二十年的地基。
“我在博士期间就涉猎电催化方向的研究。”梁长海介绍道。从中国科学院大连化学物理研究所博士毕业以后，梁长海选择留在了这里，在催化基础国家重点实验室延续了博士期间的工作。随后，2003年底，他远赴德国波鸿鲁尔大学作为洪堡学者和苏黎世瑞士联邦理工大学作为博士后从事研究。
回国以后，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。“因为我一直都从事这个相关方向的研究，比较熟悉这个领域。”梁长海解释道。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。
梁长海正忙着相关研究时，国际上一个热点话题悄然走进了他的视线。
此时，氢能因其具备来源多样、利用高效、清洁环保等特点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，国内的氢能产业也在持续发展，中国氢气总产量保持着稳定增长的态势。
而制氢有多种方式，煤制氢、工业副产氢、天然气制氢、电解水制氢等都是热门的制氢手段。其中，电解水制氢由于在整个生产过程中不会产生温室气体，其氢气产物被称为“绿氢”，受到了研究团队的广泛关注。
“电解水顾名思义，就是通过电能将水分解为氢气与氧气的过程。”梁长海解释道，“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。”
选择碱性水电解技术，团队也经过了慎重的思考。这项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，梁长海和他的团队开始了认真的钻研。在研究过程中，设计机械装置成为了一个难题。“我们当时刚刚设计出这个实验装置，结果测的过程中氢中含氧量特别高。在东北的冬天，零下十几度啊，大家手都冻的又红又痒，就是找不到解决办法。”提起这件事，梁长海的脸色依旧看起来很苦恼。鏖战四十多个日夜，他们一点点测试到底是设备哪块出了问题。 把系统、控制问题一个个排除，最终在设备主机上发现了一个小小的缺口。
这一个缺口正是影响该设备性能的关键因素。研究人员立刻把机器整个拆开重组，终于解决了这一问题，一下子性能就提高了好多。
当被问道还遇到了什么困难的时候，梁长海笑了一下说：“其实困难很多，但是现在回想起来，好多在我的记忆里都已经模糊了，我们现在更想做的是以后，怎么才能将产业化运用的更好。”
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就这样成功发布了。它利用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，并且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、电子等多个场景。
合作并非“心血来潮”
有了研发设计的前期研究，团队想要扩展更深层次的“蓝图”，而从成果中式再到产业化又有了“老朋友”加入。“系统是我们团队研发设计的，成果中式是在大连理工大学成都研究院做的，设备制造则是联合无锡华光环保能源集团股份有限公司一起。”梁长海介绍道，“但其实，我们和华光环能的合作并不是从这个项目才开始的。”
无锡华光环保能源集团主要是深耕环保和能源两大领域，形成了集电站项目投融资、电力工程设计、电站设备成套、电站工程总包、电厂运营管理以及新能源新材料开发等为一体的完整产业链。而梁长海团队与该公司的第一次合作，要追溯到2015年。
“华光环能之前是主要利用燃煤、生物质、天然气做锅炉的企业，我们合作的就是燃气脱硝脱汞这个方向。”梁长海告诉《中国科学报》。
燃煤锅炉里面一般含有大量的氮氧化物和汞，汞即水银，对人体有害，华光就想将锅炉中这部分有害物质“脱掉”。梁长海团队和华光环能携手攻关了两年，成功做出了脱硝脱汞催化剂，工业装置上测试效果很好。
“经过这次合作，我们就很信任彼此，所以有了第二次合作电解水制氢的经历。”梁长海说道，“2021年以后，华光环能响应国家的‘双碳’政策，转型到新能源方向，做零碳技术，他们就提到了电解水制氢，正巧，我也关注这个方向很久了。我和华光那边的负责人员一起坐下来，就作为朋友的身份聊聊天，就商量出来了这个思路。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，冥冥之中开启了第二次合作生涯——梁长海提供技术，华光公司提供研发资金、装备制造及产业化。
在设备初具雏形后，团队“走出”校园，“走进”成都的中式基地，在进一步的放大实验成功后，他们来到了无锡，华光环能公司早已在这里“等候多时”了。
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，从膜和催化剂的流水线生产，再到将装备极板从直径10厘米，放大到60厘米，再到2米，合作带给了梁长海团队“极速版的体验”。
“比如我们的机器还需要利用隔膜这一关键材料，但是我们自己是没有这个制作能力的，其他团队都是人家自己的技术机密，我们用不了啊。”梁长海叹气道：“然后华光立马就说到，你把图纸给我们，我们这边都有制作经验，你需要什么很快就能做好。”
在做电解槽的时候，梁长海也深有体会。焊接成型机械加工需要很长的制作周期，在外面找第三方制作公司需要三个月时间，华光环能仅仅花了一个月就完成了机械加工这一难题。
二十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。
该系统在能耗低上有着“得天独厚”的优势。中试期间，设备的系统能效值84.6%，远优于1级能效。在中试试验的基础上，实现了产品的轻量化，可以极大地缩短制造周期、为用户节约成本，经济效益显著。并且，全系列碱性电解水制氢系统技术预计在电流密度2500 A/m2的情况下单位能耗≤4.0 kwh/Nm3，电解槽氢气出口纯度> 99.97%，电流密度最大可达6000 A/m2，性能可靠。对于可再生能源产生波动的时候，可以自由调节运行效率，10%—200%都可以满足需求。
成果一发布，许多公司就找上门来想进行进一步的合作。“包括中石油、中石化等等都找过我们，想买终端的设备成品，我们也在进一步的思考相关事宜。”梁长海说。
产学研一体化高校要“主动出击”
成果发布过后，梁长海短暂的松了一口气，就继续投入到下一个研究中。
“关于这个电解水制氢系统，目前仅仅是1.0版本，后续我们和华光环能还要合作2.0，在隔膜和催化剂方面进一步改进。”
在产学研一体化的道路上，大连理工大学和梁长海教授团队一直走在前列。
他们一直以来奉行的是“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成都研究院，进行工业实验放大。这里是一个中式基地，不做基础研究，只从事成果转化。
“研究院主要是以化工研究为主的，”关于成都研究院，梁长海介绍道，“它就像是一个桥梁，围绕国家的重大需求，把学校和成果转化‘架’了起来。学校里场地有限，施展不开，那研究院就是一个更广阔的天地，把实验室的成果和最终工业化生产连接起来，让整个流程更顺畅。”
比如做中式的时候，氢气具备一定的危害性，易燃易爆，放大实验必须要在化工园区做。在这样的情况下，成都研究院提供了场地，困难马上迎刃而解，
研究院的设置不仅仅对梁长海的团队产生了便利，大连理工大学化工学院的许多团队都切实体会到了成果转化的便利。像大连理工大学胡浩权、王同华教授等都正在进行相应的工业化放大实验。
“我觉得产学研一体化高校要走在前面，许多老师是要走出校园的，能够面向国家需求，自立自强科技，解决卡脖子问题，才是我们目前产学研的重点。”
除了中介平台的助推，梁长海团队和华光环能正进行着第三次“结缘”——合作二氧化碳捕集项目。
为什么要做二氧化碳捕集？梁长海是这样解释的：“现在关于高浓度二氧化碳捕集很多成熟的技术，然而低浓度捕集是一个较少涉猎的领域。因为华光环能之前是做锅炉的，锅炉里面的燃气又脏、二氧化氮浓度又低。针对这种情况去做捕集，比如用离子液捕集等，可以降低污染物的排放。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式。”
今年，大连理工大学成都研究院、无锡华光环保能源集团股份有限公司、成都新材料产业功能区又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。
“目前也正在规划两个项目，一个是围绕制氢，探索更多方向，研发下一代制氢方式。比如质子膜电解水和固体氧化物制氢等等。另一个方面是做氢能的利用，就是氨燃烧锅炉技术的开发。”
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