沉淀核心 破浪前行
——看湖南工程技術研究中心如何鋪就產業化之路

文/本刊記者 雷蕾 供圖/受訪單位

圖/東方IC

9月，是迎新的季節。

在中南大學冶金與環境學院今年新啟用的金貴樓里，原本還空著的大廳側墻上將要迎來兩幅大型壁畫。在中南大學冶金與環境學院教授、國家重金屬污染防治工程技術研究中心副主任劉恢看來，這兩幅畫的內容既要能概括過去60多年來學院經歷的風雨、取得的成就，也要能代表科研的新起點和未來的發展方向。

在湖南鋰離子動力電池正極材料工程技術研究中心實驗室，科研設備、實驗器材已陸陸續續被搬往新的研究院大樓。湖南鋰離子動力電池正極材料工程技術研究中心主任、湖南杉杉能源科技股份有限公司（下稱“杉杉能源”）副總經理李旭博士笑稱，9月27日投入使用的新研究院大樓一定會是整條街上“最靚的建筑”。

9月，是收獲的季節。

離土耳其首都安卡拉不遠的郊區，過去滿是樹木的山坡，如今一棟棟廠房拔地而起。這里是湖南紅太陽光電科技有限公司（下稱“紅太陽光電”）在土耳其建設的500MW光伏產業園項目，該項目將為土耳其提供涵蓋拉晶、切片、電池、組件的500MW全產業鏈交鑰匙工程以及配套的工藝技術、人員培訓。紅太陽光電副總經理龍會躍介紹，該項目一期工程已經完成，二期工程合同也已簽訂，生產線設備將在年底發貨。截至目前，在依托中國電子科技集團公司第四十八研究所組建的國家光伏裝備工程技術研究中心技術成果的支撐下，紅太陽光電新簽設備合同已達到7億元，金額超過2019年全年。

迎新、收獲，周而復始。攻堅、克難，破浪前行。下好創新“先手棋”、熔鑄創新“殺手锏”，這是湖南443家工程技術研究中心的使命和責任。作為實現科技成果轉化和產業化的代表性研發平臺，湖南工程技術研究中心充分發揮其孵化、中試和產業化方面的重要作用，為我省創新驅動發展注入源源不斷的智力支持和技術支撐，為繪就富饒美麗幸福新湖南的藍圖貢獻出了磅礴力量。

破釜沉舟：打贏核心技術“攻堅戰”

成功是怎么來的？在劉恢看來，是從初心不改地堅守中拼來的。

1999年，在日本留學的柴立元回國，回到母校中南大學，領銜組建冶金特色環境工程學科，從此跟“重金屬污染”較上了勁。

原長沙鉻鹽廠有42噸鉻渣一直堆在湘江邊無法處理。柴立元團隊打算啃下這塊“硬骨頭”。傳統的鉻渣治理多是將其進行高溫處理或用強酸強堿浸泡，但成本過高。“既然城市生活污水處理常常用到微生物技術，那么工業‘三廢’是否也能運用該技術？”于是，當時正在讀研的劉恢跟著柴立元開始了沒日沒夜的實驗。

“含鉻廢渣就像雞蛋，其中有害的六價鉻就像蛋黃，被‘蛋殼’包裹著，一旦受雨雪淋浸，‘蛋殼’被腐蝕，六價鉻就會被溶出從而污染環境?！眲⒒执蛄藗€形象的比方，他們的任務就是找到能鉆進“蛋殼”，“對抗”六價鉻的細菌。而這一找，就是三四年?！白铋_始時，實驗非常不順，細菌怎么都培養不出來，最后是一次偶然的機會，才發現我們一直按專性厭氧菌培養的細菌原來是兼性厭氧菌。”功夫不負有心人。2005年，柴立元團隊終于從鉻渣堆埋場附近的淤泥中分離馴化出某菌株，首創了細菌直接解毒鉻渣并選擇性浸出回收鉻的方法，實現了鉻渣及堆場土壤的低成本高效治理。

柴立元院士團隊

“這桶廢水處理了，株冶集團就有救了?！?006年，我國最大的鉛鋅聯合冶煉企業株冶集團負責人將一桶冶煉煙氣洗滌廢水擺在了柴立元面前。看著企業負責人懇切的眼神，再看看那桶汞、鉛、鎘、砷各種重金屬含量及酸度很高的廢水，柴立元團隊決心打贏這場沒有退路可言的“硬仗”。

“得益于處理鉻渣的經驗，我們想到了用生物制劑來對付工業廢水。這樣就可以解決傳統化學沉淀法無法實現廢水中多金屬同時深度凈化、無法大規?；赜玫碾y題。”劉恢回憶道，柴教授和同事們為了打響企業應用“第一炮”，在株冶集團生產廠房邊用彩條布搭起一間間簡陋的“實驗室”，大家日夜排班、反復實驗，“鉚足了勁干活兒，都拼了！”

在觀察和調節藥劑流量時，污酸中的二氧化硫常會逸散出來，弄得人睜不開眼睛，鼻涕直流，咽喉難受，做實驗時只能吸一口氣然后屏住呼吸。在這樣的條件下，經過長期艱苦卓絕的攻關后，“重金屬廢水生物制劑深度凈化與回用技術”成功應用于株冶集團，廢水回用率從原來的50%提高到90%以上，處理成本降低15%。如今，該項技術已成功應用于100余家涉重金屬企業的近200項工程，實現年處理重金屬廢水超過1億立方米，解決了有色冶煉清潔生產過程終端污染治理環節的重大工程難題。該技術成果也獲得2011年度國家技術發明獎二等獎。

正是有了這樣的技術積累，2011年，國家重金屬污染防治工程技術研究中心獲批成立。柴立元團隊肩上的責任更重了。

“以國家重大需求為己任，義不容辭。”劉恢說，柴老師是一個矢志不渝地向重金屬污染宣戰的“勇士”，在科研上永不滿足。

含砷的廢渣中，常伴有金、銀等金屬。如何改變傳統做法，既能保證金銀金屬回收，又能防止砷污染？柴立元帶領團隊開發出含砷危廢高效安全處置技術，實現砷的無害化和資源化處理?！坝猩睙捄楣虖U治理與清潔利用技術”取得的系列成果，在10多家銅、鉛、銻冶煉龍頭企業大規模推廣應用。該技術成果獲得2014年度國家科技進步獎二等獎。

組分極為復雜的廢酸資源化治理一直是國際技術難題。對此，柴立元團隊率先實現大規模廢酸中多金屬的直接回收及酸回用，危廢量較國際現行方法削減90%以上。冶煉多金屬廢酸資源化治理關鍵技術已在我國10多家大型銅、鋅、鋼鐵冶煉企業工業化應用，并在剛果（金）推廣。該技術成果獲得2018年度國家技術發明獎二等獎。

“20多年來，我們從一張白紙建立新學科，沒人沒錢沒項目，再到拿下近30項省部級以上科技獎勵，靠的就是‘堅守’二字?！眲⒒衷谡劦絿抑亟饘傥廴痉乐喂こ碳夹g研究中心今天的成績時很是動情，“我們把每一次失敗當成交學費，把每一次成功當成鼓舞，或許科學發現有靈光一閃的偶然，但每一次突破一定是從量變到質變的必然。”

2019年11月，國家重金屬污染防治工程技術研究中心主任柴立元當選中國工程院院士，當媒體記者問及他的感想時，他的話語樸實而鏗鏘：“唯有更加努力工作，研發出成本更低、效果更好的重金屬污染防治技術，為國家和社會做出更多貢獻！”

成功是怎么來的？在龍會躍看來，是在爭口氣的決心中干出來的。

一般來說，在對光伏生產線的投資中，設備投資占65%。但在很長一段時間內，我國的光伏裝備被國外壟斷，受制于人?？梢哉f，實現裝備國產化，是光伏產業做大做強的重要保證。國家光伏裝備工程技術研究中心從開始就承擔了光伏裝備國產化的“突圍”重任。作為該中心的產業化基地，紅太陽光電在挑戰中摸索前行。

“在研發國產全自動高產能四管PECVD（等離子體增強化學氣相沉積）裝備時，面對國外技術封鎖，我們一沒圖紙，二無借鑒，三沒零配件，一切靠自己‘重起爐灶’，國外設備生產商還在用不斷降價的方式來打壓我們。”龍會躍稱，那段內外壓力并重的日子就是在“與時間賽跑”，“整整3個月，我們沒有休息一天，加班加點地拿出了設計圖紙?！?/p>

最終，被國外“卡脖子”的設備研發成功了?！芭c國外同類型設備相比，我們的價格便宜了將近一半?！奔t太陽光電科技與規劃部部長鄭達敏很是自豪，“之后，在國家光伏裝備工程技術研究中心的技術支持下，全自動高產能四管PECVD設備的性能還在不斷優化改進?！?/p>

杉杉能源生產車間

如今，國家光伏裝備工程技術研究中心已經解決該設備的壓力重復性問題、電極優化設計等問題，對大口徑成膜工藝、石墨電極設計技術、自動上下料技術和整機自動控制技術進行研究改進，實現該設備整機全自動、裝片量提升的目標?！澳壳埃詣痈弋a能四管PECVD裝備產能達到620片/批，市場占有率已經達到60%。”鄭達敏介紹道。

奮起直追，捷報頻傳。近年來，國家光伏裝備工程技術研究中心研制出達到國際先進機型技術水平的平板PECVD,實現了PERC（鈍化發射極和背面電池）電池線核心設備國產化；研發的高效多晶硅鑄錠爐將生產周期縮短10%，產能提高20%，成本下降17.5%；研發的減壓擴散爐產能提升100%(100MW/臺），氣體耗量降低90%；研制的測試分選設備產能突破3600片/小時（100MW/臺），性能達到國際領先，并實現了國內首臺用于MWT（金屬穿孔卷繞技術）特種電池的測試分選。

在湖南，14家國家級工程技術研究中心，429家省級工程技術研究中心充分發揮其技術優勢，在對基礎研究成熟的項目進行產業化轉移,進行產業化核心技術攻關方面多點開花。僅2019年，湖南省工程技術研究中心獲科研項目7877項，其中國家級項目1134項。獲國家獎9項（合作參與4項），省部級獎168項。如國家電能變換與控制工程技術研究中心“大型低速高效直驅永磁風力發電機關鍵技術及應用項目”歷經十余年“產學研用”攻關，獲國家技術發明獎二等獎；湖南省農田土壤重金屬污染修復工程技術研究中心研發的“稻田鎘砷污染阻控關鍵技術與應用”成果，率先提出了土壤－水稻系統“多界面－多過程－多元素”聯合防控鎘砷污染的新思路，獲國家科技進步獎二等獎；湖南省柑橘工程技術研究中心開發的“柑橘綠色加工與副產物高值利用產業化關鍵技術”，獲國家科技進步獎二等獎。

滌故更新：產業化之路行穩致遠

產業化怎樣才能做得好？在李旭看來，以產線升級帶動產品性能提升至關重要。

當前，鋰電池在人們生活中越來越常見。如手機、平板電腦待機時間有多久，電動汽車能跑多遠，都與鋰電池有關。鋰電池有四大主材，分別是正極材料、負極材料、隔膜及電解液。其中，正極材料占電池成本的40%，直接關系到電池產品的性能提升和品質穩定。而正極材料的品質穩定性、一致性，與產線的自動化程度緊密相關。

“十幾年前的生產車間是作坊式的?！崩钚裉寡?，那時車間里平鋪式地堆放著配料，以及窯爐、破碎、混批等設備，“物料全靠人員搬送，根本談不上有流程化、自動化的產線。”

而鋰離子電池正極材料屬于粉體行業，這種作坊式的傳統生產車間內，粉塵滿天?！肮と藗兇髦蓝久婢呱习啵覀儍炔拷小i鼻子’，工人下班后脫下面具，除了眼睛、鼻子、嘴巴，其他地方都是黑的?！崩钚窠榻B，傳統車間粉塵多，異物管控很難到位，一旦正極材料中異物（磁性物質和金屬顆粒）含量超標，電池就會出現微短路、發熱，溫度到達臨界點還會爆炸。

要想提升產品品質，產線升級換代刻不容緩。

第二代產線很快投入應用。“那是一座四五層樓高的鋼筋混凝土結構的廠房，窯爐搬到了最頂層，表面上已經實現了從上到下的立體式流程處理。”但李旭認為，這樣的立體式產線仍然存在設計不合理、效率不高的弊端，“物流太慢，重復交叉流程太多，室內環境溫度高?！?/p>

2016年至2018年，湖南鋰離子動力電池正極材料工程技術研究中心歷時兩年多成功研發出第三代產線，即“萬噸高能量密度鋰電正極材料數字化車間新模式應用項目”，實現了鋰離子電池正極材料生產過程中的自動化、信息化、智能化，生產環境變好，產品品質和穩定性、生產效率也得到明顯提升。

“簡單來說，就是‘一頭進一頭出’?！崩钚裥蜗蟮亟榻B，“200米長的廠房內是自動化生產線，原料從一頭進，產品從另一頭出。”在這個數字化車間內，從配料、混料、裝缽、燒結、粉碎到除磁包裝，各個環節都由機器自動完成，少量的工人從事巡檢、監測和維護工作。

產線的自動化也讓異物管控變得容易起來?！拔覀兊牟牧洗判晕镔|的控制要求是在25PPB級（PPB一般指濃度單位，十億分之一），即100噸產品，雜質含量不大于2.5克。”李旭介紹說。而“萬噸高能量密度鋰電正極材料數字化車間新模式應用項目”也入選2016年工信部智能制造綜合標準化與新模式應用項目名單。得益于產線性能的提升，2018年，杉杉能源正極材料的設計年產能已達到4.9萬噸，銷售收入超過46億元，擁有100多家長期合作客戶，其中不乏三星、LG化學、比亞迪、華為等知名企業。

綜觀全省，在科技成果轉化及產業化上，湖南鋰離子動力電池正極材料工程技術研究中心以產線升級帶動產業化發展還只是一個縮影。比如，中國工程院院士、國家植物功能成分利用工程技術研究中心主任劉仲華帶領團隊建立了黑茶生產的標準化體系，并通過系列技術突破和產品創新，使過去不到2億元市場規模的湖南黑茶，發展至今已超過200億元。再比如，國家油茶工程技術研究中心主任陳永忠帶領團隊，用“良種+良法”，把油茶果變成了致富“金果果”，為我省油茶“千億產業”打下半壁江山。依托他們的技術成果，湖南成功培育出國家林業重點龍頭企業6家、省級龍頭企業95家，打造了一批頗具影響的茶油品牌，2018年我省油茶年產值達450億元，油茶產量全國第一！

2019年，湖南省工程技術研究中心總收入達2080.90億元，其中產品銷售收入達1060.40億元，技術性收入977.50億元。實現利稅128.76億元。共轉化科技成果3724項，累計推廣科技成果9715項。

劉仲華(左二)在給學生上課

紅太陽光電PERC高效電池數字化示范車間

審時度勢：前瞻引領為未來布局

未來是什么樣的？對于我省的工程技術研究中心而言，他們早有預見，并已經開始布局。

相遇、停車、避讓，然后一臺向左，一臺向右，在紅太陽光電PERC高效電池數字化示范車間里，兩臺像掃地機器人一樣的橘色AVG（自動導引運輸車）小車在貼著二維碼的過道上靈活行進著，它們身后是黃色的機器人在揮舞著鋼鐵臂膀。這些“小黃人”和“小橘車”是紅太陽光電自主研制的智能物流傳輸系統的一部分，它們承擔著車間每天約35萬片高效電池片的抓取和傳遞運輸工作。“我們采用27臺工業機器人、12臺AGV小車等多種技術方式，各工藝過程自動插取片、自動上下料和質量在線檢測，徹底避免人工搬運，實現了車間整線全自動化運行?！编嵾_敏介紹，車間還利用視覺傳感、網絡通信等物聯網技術，實時采集現場數據，上傳制造執行系統分析決策，對光伏電池制造過程、產品質量、設備狀態、能源消耗等進行實時管控、智能優化。

“以前，同規模的車間至少需要300名工作人員，如今則不到100人。光伏電池轉換效率也大大提升，平均超過22.7%，生產效率提高21.5%，運營成本降低26.6%，產品不良品率降低35.6%?！编嵾_敏介紹道。

高效光伏電池制造的全流程自動化、數字化和智能化，只是國家光伏裝備工程技術研究中心未來發展藍圖中的一塊拼圖。在“強裝備、穩光伏”的整體戰略指導思想下，該中心面向市場需求，全面布局下一代光伏裝備，打造核心產品?！澳壳?，紅太陽光電建有管式裝備研發平臺、板式裝備研發平臺和智能制造平臺?！饼垥S表示，公司將利用已掌握的核心技術，不斷豐富單臺光伏裝備的功能性。同時，也已瞄準下一代工藝提前布局，“將為全球光伏企業提供定制化、國產化‘高效電池+智能制造解決方案’，推動我國光伏行業朝綠色化、智能化、高效化轉變，為光伏發電實現平價上網打下堅實基礎。”

同樣是智能化，杉杉能源瞄準動力電池市場，正在加快布局第四代產線，即集模塊化設計、區域化管理、智能化控制于一體的“超級工廠”?！霸谛碌某壒S里，人均生產效率將是第三代產線的3倍。”李旭稱，目前“超級工廠”已經設計完成，即將進入建設階段。

當前，許多現有橋梁因設計和年限不能滿足過往車輛要求，其安全性受到嚴重威脅，為保障橋梁結構安全，必須對橋梁進行監測，建立橋梁安全預警機制，以防發生橋梁安全事故。湖南省預應力橋梁質量控制工程技術研究中心未雨綢繆，以新基建賦能舊基建。該中心研發了基于北斗衛星導航CORS系統的高精度遠程邊坡實時在線監測新技術，將衛星定位技術與地理信息技術、通信技術及先進的軟件開發技術有機結合，為用戶提供全新、透明、可視、實時的測量服務。目前，該中心正在布局新的更高精度定位的傳感技術和產品，醞釀一場基礎設施智能監測技術革命。

顯然，湖南省工程技術研究中心正在用各自的方式擁抱一個屬于智能時代的未來。當前，《湖南省第十四個五年科技創新規劃》編制已進入關鍵階段。該規劃確定了“1+6+N”的主要工作任務，將圍繞“著力打造國家重要先進制造業、具有核心競爭力的科技創新、內陸地區改革開放的高地”布局“十四五”科技創新重點任務。其中明確提出，要加快布局建設重大創新平臺，為國家貢獻戰略科技力量，更好地服務湖南高質量發展。作為創新平臺的重要組成部分，湖南省工程技術研究中心正以再出發姿態，堅持面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，堅持以創新驅動引領高質量發展，在關鍵核心技術攻堅之路上奮力前行，在構建順暢高效的技術創新和轉移轉化體系的道路上越走越寬。