沉淀核心 破浪前行——看湖南工程技术研究中心如何铺就产业化之路

文/本刊记者 雷蕾 供图/受访单位

图/东方IC

9月，是迎新的季节。

在中南大学冶金与环境学院今年新启用的金贵楼里，原本还空着的大厅侧墙上将要迎来两幅大型壁画。在中南大学冶金与环境学院教授、国家重金属污染防治工程技术研究中心副主任刘恢看来，这两幅画的内容既要能概括过去60多年来学院经历的风雨、取得的成就，也要能代表科研的新起点和未来的发展方向。

在湖南锂离子动力电池正极材料工程技术研究中心实验室，科研设备、实验器材已陆陆续续被搬往新的研究院大楼。湖南锂离子动力电池正极材料工程技术研究中心主任、湖南杉杉能源科技股份有限公司（下称“杉杉能源”）副总经理李旭博士笑称，9月27日投入使用的新研究院大楼一定会是整条街上“最靓的建筑”。

9月，是收获的季节。

离土耳其首都安卡拉不远的郊区，过去满是树木的山坡，如今一栋栋厂房拔地而起。这里是湖南红太阳光电科技有限公司（下称“红太阳光电”）在土耳其建设的500MW光伏产业园项目，该项目将为土耳其提供涵盖拉晶、切片、电池、组件的500MW全产业链交钥匙工程以及配套的工艺技术、人员培训。红太阳光电副总经理龙会跃介绍，该项目一期工程已经完成，二期工程合同也已签订，生产线设备将在年底发货。截至目前，在依托中国电子科技集团公司第四十八研究所组建的国家光伏装备工程技术研究中心技术成果的支撑下，红太阳光电新签设备合同已达到7亿元，金额超过2019年全年。

迎新、收获，周而复始。攻坚、克难，破浪前行。下好创新“先手棋”、熔铸创新“杀手锏”，这是湖南443家工程技术研究中心的使命和责任。作为实现科技成果转化和产业化的代表性研发平台，湖南工程技术研究中心充分发挥其孵化、中试和产业化方面的重要作用，为我省创新驱动发展注入源源不断的智力支持和技术支撑，为绘就富饶美丽幸福新湖南的蓝图贡献出了磅礴力量。

破釜沉舟：打赢核心技术“攻坚战”

成功是怎么来的？在刘恢看来，是从初心不改地坚守中拼来的。

1999年，在日本留学的柴立元回国，回到母校中南大学，领衔组建冶金特色环境工程学科，从此跟“重金属污染”较上了劲。

原长沙铬盐厂有42吨铬渣一直堆在湘江边无法处理。柴立元团队打算啃下这块“硬骨头”。传统的铬渣治理多是将其进行高温处理或用强酸强碱浸泡，但成本过高。“既然城市生活污水处理常常用到微生物技术，那么工业‘三废’是否也能运用该技术？”于是，当时正在读研的刘恢跟着柴立元开始了没日没夜的实验。

“含铬废渣就像鸡蛋，其中有害的六价铬就像蛋黄，被‘蛋壳’包裹着，一旦受雨雪淋浸，‘蛋壳’被腐蚀，六价铬就会被溶出从而污染环境。”刘恢打了个形象的比方，他们的任务就是找到能钻进“蛋壳”，“对抗”六价铬的细菌。而这一找，就是三四年。“最开始时，实验非常不顺，细菌怎么都培养不出来，最后是一次偶然的机会，才发现我们一直按专性厌氧菌培养的细菌原来是兼性厌氧菌。”功夫不负有心人。2005年，柴立元团队终于从铬渣堆埋场附近的淤泥中分离驯化出某菌株，首创了细菌直接解毒铬渣并选择性浸出回收铬的方法，实现了铬渣及堆场土壤的低成本高效治理。

柴立元院士团队

“这桶废水处理了，株冶集团就有救了。”2006年，我国最大的铅锌联合冶炼企业株冶集团负责人将一桶冶炼烟气洗涤废水摆在了柴立元面前。看着企业负责人恳切的眼神，再看看那桶汞、铅、镉、砷各种重金属含量及酸度很高的废水，柴立元团队决心打赢这场没有退路可言的“硬仗”。

“得益于处理铬渣的经验，我们想到了用生物制剂来对付工业废水。这样就可以解决传统化学沉淀法无法实现废水中多金属同时深度净化、无法大规模回用的难题。”刘恢回忆道，柴教授和同事们为了打响企业应用“第一炮”，在株冶集团生产厂房边用彩条布搭起一间间简陋的“实验室”，大家日夜排班、反复实验，“铆足了劲干活儿，都拼了！”

在观察和调节药剂流量时，污酸中的二氧化硫常会逸散出来，弄得人睁不开眼睛，鼻涕直流，咽喉难受，做实验时只能吸一口气然后屏住呼吸。在这样的条件下，经过长期艰苦卓绝的攻关后，“重金属废水生物制剂深度净化与回用技术”成功应用于株冶集团，废水回用率从原来的50%提高到90%以上，处理成本降低15%。如今，该项技术已成功应用于100余家涉重金属企业的近200项工程，实现年处理重金属废水超过1亿立方米，解决了有色冶炼清洁生产过程终端污染治理环节的重大工程难题。该技术成果也获得2011年度国家技术发明奖二等奖。

正是有了这样的技术积累，2011年，国家重金属污染防治工程技术研究中心获批成立。柴立元团队肩上的责任更重了。

“以国家重大需求为己任，义不容辞。”刘恢说，柴老师是一个矢志不渝地向重金属污染宣战的“勇士”，在科研上永不满足。

含砷的废渣中，常伴有金、银等金属。如何改变传统做法，既能保证金银金属回收，又能防止砷污染？柴立元带领团队开发出含砷危废高效安全处置技术，实现砷的无害化和资源化处理。“有色冶炼含砷固废治理与清洁利用技术”取得的系列成果，在10多家铜、铅、锑冶炼龙头企业大规模推广应用。该技术成果获得2014年度国家科技进步奖二等奖。

组分极为复杂的废酸资源化治理一直是国际技术难题。对此，柴立元团队率先实现大规模废酸中多金属的直接回收及酸回用，危废量较国际现行方法削减90%以上。冶炼多金属废酸资源化治理关键技术已在我国10多家大型铜、锌、钢铁冶炼企业工业化应用，并在刚果（金）推广。该技术成果获得2018年度国家技术发明奖二等奖。

“20多年来，我们从一张白纸建立新学科，没人没钱没项目，再到拿下近30项省部级以上科技奖励，靠的就是‘坚守’二字。”刘恢在谈到国家重金属污染防治工程技术研究中心今天的成绩时很是动情，“我们把每一次失败当成交学费，把每一次成功当成鼓舞，或许科学发现有灵光一闪的偶然，但每一次突破一定是从量变到质变的必然。”

2019年11月，国家重金属污染防治工程技术研究中心主任柴立元当选中国工程院院士，当媒体记者问及他的感想时，他的话语朴实而铿锵：“唯有更加努力工作，研发出成本更低、效果更好的重金属污染防治技术，为国家和社会做出更多贡献！”

成功是怎么来的？在龙会跃看来，是在争口气的决心中干出来的。

一般来说，在对光伏生产线的投资中，设备投资占65%。但在很长一段时间内，我国的光伏装备被国外垄断，受制于人。可以说，实现装备国产化，是光伏产业做大做强的重要保证。国家光伏装备工程技术研究中心从开始就承担了光伏装备国产化的“突围”重任。作为该中心的产业化基地，红太阳光电在挑战中摸索前行。

“在研发国产全自动高产能四管PECVD（等离子体增强化学气相沉积）装备时，面对国外技术封锁，我们一没图纸，二无借鉴，三没零配件，一切靠自己‘重起炉灶’，国外设备生产商还在用不断降价的方式来打压我们。”龙会跃称，那段内外压力并重的日子就是在“与时间赛跑”，“整整3个月，我们没有休息一天，加班加点地拿出了设计图纸。”

最终，被国外“卡脖子”的设备研发成功了。“与国外同类型设备相比，我们的价格便宜了将近一半。”红太阳光电科技与规划部部长郑达敏很是自豪，“之后，在国家光伏装备工程技术研究中心的技术支持下，全自动高产能四管PECVD设备的性能还在不断优化改进。”

杉杉能源生产车间

如今，国家光伏装备工程技术研究中心已经解决该设备的压力重复性问题、电极优化设计等问题，对大口径成膜工艺、石墨电极设计技术、自动上下料技术和整机自动控制技术进行研究改进，实现该设备整机全自动、装片量提升的目标。“目前，全自动高产能四管PECVD装备产能达到620片/批，市场占有率已经达到60%。”郑达敏介绍道。

奋起直追，捷报频传。近年来，国家光伏装备工程技术研究中心研制出达到国际先进机型技术水平的平板PECVD,实现了PERC（钝化发射极和背面电池）电池线核心设备国产化；研发的高效多晶硅铸锭炉将生产周期缩短10%，产能提高20%，成本下降17.5%；研发的减压扩散炉产能提升100%(100MW/台），气体耗量降低90%；研制的测试分选设备产能突破3600片/小时（100MW/台），性能达到国际领先，并实现了国内首台用于MWT（金属穿孔卷绕技术）特种电池的测试分选。

在湖南，14家国家级工程技术研究中心，429家省级工程技术研究中心充分发挥其技术优势，在对基础研究成熟的项目进行产业化转移,进行产业化核心技术攻关方面多点开花。仅2019年，湖南省工程技术研究中心获科研项目7877项，其中国家级项目1134项。获国家奖9项（合作参与4项），省部级奖168项。如国家电能变换与控制工程技术研究中心“大型低速高效直驱永磁风力发电机关键技术及应用项目”历经十余年“产学研用”攻关，获国家技术发明奖二等奖；湖南省农田土壤重金属污染修复工程技术研究中心研发的“稻田镉砷污染阻控关键技术与应用”成果，率先提出了土壤－水稻系统“多界面－多过程－多元素”联合防控镉砷污染的新思路，获国家科技进步奖二等奖；湖南省柑橘工程技术研究中心开发的“柑橘绿色加工与副产物高值利用产业化关键技术”，获国家科技进步奖二等奖。

涤故更新：产业化之路行稳致远

产业化怎样才能做得好？在李旭看来，以产线升级带动产品性能提升至关重要。

当前，锂电池在人们生活中越来越常见。如手机、平板电脑待机时间有多久，电动汽车能跑多远，都与锂电池有关。锂电池有四大主材，分别是正极材料、负极材料、隔膜及电解液。其中，正极材料占电池成本的40%，直接关系到电池产品的性能提升和品质稳定。而正极材料的品质稳定性、一致性，与产线的自动化程度紧密相关。

“十几年前的生产车间是作坊式的。”李旭坦言，那时车间里平铺式地堆放着配料，以及窑炉、破碎、混批等设备，“物料全靠人员搬送，根本谈不上有流程化、自动化的产线。”

而锂离子电池正极材料属于粉体行业，这种作坊式的传统生产车间内，粉尘满天。“工人们戴着防毒面具上班，我们内部叫‘猪鼻子’，工人下班后脱下面具，除了眼睛、鼻子、嘴巴，其他地方都是黑的。”李旭介绍，传统车间粉尘多，异物管控很难到位，一旦正极材料中异物（磁性物质和金属颗粒）含量超标，电池就会出现微短路、发热，温度到达临界点还会爆炸。

要想提升产品品质，产线升级换代刻不容缓。

第二代产线很快投入应用。“那是一座四五层楼高的钢筋混凝土结构的厂房，窑炉搬到了最顶层，表面上已经实现了从上到下的立体式流程处理。”但李旭认为，这样的立体式产线仍然存在设计不合理、效率不高的弊端，“物流太慢，重复交叉流程太多，室内环境温度高。”

2016年至2018年，湖南锂离子动力电池正极材料工程技术研究中心历时两年多成功研发出第三代产线，即“万吨高能量密度锂电正极材料数字化车间新模式应用项目”，实现了锂离子电池正极材料生产过程中的自动化、信息化、智能化，生产环境变好，产品品质和稳定性、生产效率也得到明显提升。

“简单来说，就是‘一头进一头出’。”李旭形象地介绍，“200米长的厂房内是自动化生产线，原料从一头进，产品从另一头出。”在这个数字化车间内，从配料、混料、装钵、烧结、粉碎到除磁包装，各个环节都由机器自动完成，少量的工人从事巡检、监测和维护工作。

产线的自动化也让异物管控变得容易起来。“我们的材料磁性物质的控制要求是在25PPB级（PPB一般指浓度单位，十亿分之一），即100吨产品，杂质含量不大于2.5克。”李旭介绍说。而“万吨高能量密度锂电正极材料数字化车间新模式应用项目”也入选2016年工信部智能制造综合标准化与新模式应用项目名单。得益于产线性能的提升，2018年，杉杉能源正极材料的设计年产能已达到4.9万吨，销售收入超过46亿元，拥有100多家长期合作客户，其中不乏三星、LG化学、比亚迪、华为等知名企业。

综观全省，在科技成果转化及产业化上，湖南锂离子动力电池正极材料工程技术研究中心以产线升级带动产业化发展还只是一个缩影。比如，中国工程院院士、国家植物功能成分利用工程技术研究中心主任刘仲华带领团队建立了黑茶生产的标准化体系，并通过系列技术突破和产品创新，使过去不到2亿元市场规模的湖南黑茶，发展至今已超过200亿元。再比如，国家油茶工程技术研究中心主任陈永忠带领团队，用“良种+良法”，把油茶果变成了致富“金果果”，为我省油茶“千亿产业”打下半壁江山。依托他们的技术成果，湖南成功培育出国家林业重点龙头企业6家、省级龙头企业95家，打造了一批颇具影响的茶油品牌，2018年我省油茶年产值达450亿元，油茶产量全国第一！

2019年，湖南省工程技术研究中心总收入达2080.90亿元，其中产品销售收入达1060.40亿元，技术性收入977.50亿元。实现利税128.76亿元。共转化科技成果3724项，累计推广科技成果9715项。

刘仲华(左二)在给学生上课

红太阳光电PERC高效电池数字化示范车间

审时度势：前瞻引领为未来布局

未来是什么样的？对于我省的工程技术研究中心而言，他们早有预见，并已经开始布局。

相遇、停车、避让，然后一台向左，一台向右，在红太阳光电PERC高效电池数字化示范车间里，两台像扫地机器人一样的橘色AVG（自动导引运输车）小车在贴着二维码的过道上灵活行进着，它们身后是黄色的机器人在挥舞着钢铁臂膀。这些“小黄人”和“小橘车”是红太阳光电自主研制的智能物流传输系统的一部分，它们承担着车间每天约35万片高效电池片的抓取和传递运输工作。“我们采用27台工业机器人、12台AGV小车等多种技术方式，各工艺过程自动插取片、自动上下料和质量在线检测，彻底避免人工搬运，实现了车间整线全自动化运行。”郑达敏介绍，车间还利用视觉传感、网络通信等物联网技术，实时采集现场数据，上传制造执行系统分析决策，对光伏电池制造过程、产品质量、设备状态、能源消耗等进行实时管控、智能优化。

“以前，同规模的车间至少需要300名工作人员，如今则不到100人。光伏电池转换效率也大大提升，平均超过22.7%，生产效率提高21.5%，运营成本降低26.6%，产品不良品率降低35.6%。”郑达敏介绍道。

高效光伏电池制造的全流程自动化、数字化和智能化，只是国家光伏装备工程技术研究中心未来发展蓝图中的一块拼图。在“强装备、稳光伏”的整体战略指导思想下，该中心面向市场需求，全面布局下一代光伏装备，打造核心产品。“目前，红太阳光电建有管式装备研发平台、板式装备研发平台和智能制造平台。”龙会跃表示，公司将利用已掌握的核心技术，不断丰富单台光伏装备的功能性。同时，也已瞄准下一代工艺提前布局，“将为全球光伏企业提供定制化、国产化‘高效电池+智能制造解决方案’，推动我国光伏行业朝绿色化、智能化、高效化转变，为光伏发电实现平价上网打下坚实基础。”

同样是智能化，杉杉能源瞄准动力电池市场，正在加快布局第四代产线，即集模块化设计、区域化管理、智能化控制于一体的“超级工厂”。“在新的超级工厂里，人均生产效率将是第三代产线的3倍。”李旭称，目前“超级工厂”已经设计完成，即将进入建设阶段。

当前，许多现有桥梁因设计和年限不能满足过往车辆要求，其安全性受到严重威胁，为保障桥梁结构安全，必须对桥梁进行监测，建立桥梁安全预警机制，以防发生桥梁安全事故。湖南省预应力桥梁质量控制工程技术研究中心未雨绸缪，以新基建赋能旧基建。该中心研发了基于北斗卫星导航CORS系统的高精度远程边坡实时在线监测新技术，将卫星定位技术与地理信息技术、通信技术及先进的软件开发技术有机结合，为用户提供全新、透明、可视、实时的测量服务。目前，该中心正在布局新的更高精度定位的传感技术和产品，酝酿一场基础设施智能监测技术革命。

显然，湖南省工程技术研究中心正在用各自的方式拥抱一个属于智能时代的未来。当前，《湖南省第十四个五年科技创新规划》编制已进入关键阶段。该规划确定了“1+6+N”的主要工作任务，将围绕“着力打造国家重要先进制造业、具有核心竞争力的科技创新、内陆地区改革开放的高地”布局“十四五”科技创新重点任务。其中明确提出，要加快布局建设重大创新平台，为国家贡献战略科技力量，更好地服务湖南高质量发展。作为创新平台的重要组成部分，湖南省工程技术研究中心正以再出发姿态，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，坚持以创新驱动引领高质量发展，在关键核心技术攻坚之路上奋力前行，在构建顺畅高效的技术创新和转移转化体系的道路上越走越宽。