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煤层气“长”出宝贝来
发布日期:2021-01-29 09:50
来源:山西日报
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    2020年8月,首批金刚石试生产成功。华阳新材料科技集团依托新型科学技术,加快了产业结构的优化升级;太原理工大学的煤层气制备金刚石项目,也完成了从实验室到生产线的华丽转身,双方校企联手,珠联璧合,共同为山西煤层气资源找到了一条“论克拉卖的价值链”。 

  近年来,我省不断深化产学研融合、打通校企通道,让创新主体实现高效联动,共同助力转型发展。

  

  “无中生有”、点石成金,基础燃料变身高端产品 

  

  一个透明薄片,乍一看很不起眼,像玻璃,又像透明塑料,其实,这是一颗足足10克拉的钻石原石。

  钻石原石就是金刚石。金刚石大多用于工业领域,只有少量高品质的才能被打磨成珍贵的钻石。而金刚石之所以珍贵,是因为它诞生于古老的地壳运动,在高温高压条件下,由地壳中的碳元素结晶而成,陨石撞击地球瞬间产生的高温、高压也可能产生金刚石。

  但是,这个“透明薄片”却不是从地层深处开采出来的,而是从煤层气里“长”出来的。

  “煤层气生产金刚石不仅是山西首创、国内首创,也可以说是国际首创。”太原理工大学新型碳材料研究院副教授、金刚石项目主要参与人黑鸿君博士介绍说,“高端金刚石一直被国际垄断,直到2016年,于盛旺博士用煤层气生产出这种高端金刚石,才打破了国际垄断,填补了国内的技术空白,同时生产速率提高了3至4倍,成本也降低了很多。”

  煤层气里“长”出来的金刚石,拥有“点石成金”的神奇。“像我手上的这个小片金刚石片,它的厚度大概在零点几个毫米,如果在国际市场上卖的话能卖到上百万元,所以电子级的金刚石是有市无价的。”黑鸿君说。他给大家算了一笔账:山西拥有丰富的煤层气资源,如果单单把煤层气用作燃料,10立方米的煤层气成本约30元,但如果把这10立方米的煤层气做成1克拉金刚石,按最低价可卖200元,等于涨了6倍多。

  从煤层气“无中生有”能提取出的高科技产品,不仅有金刚石,还有纳米洋葱碳。

  轮胎、电池等物品的关键部件的材料里,都添加了一种神奇的物质——纳米洋葱碳。这是一种细小的黑色粉末,在显微镜下的横切面像洋葱一样,故而得名。纳米洋葱碳最初是一位日本学者发现的,它的身价最便宜也要150元/克,贵的要300元/克。纳米洋葱碳因其独特的0维结构、小直径、高导电率以及易分散的特性,被称为智能化时代电子工业的基础材料。但是,长期以来,因为受到催化剂失活等问题的困扰,全球一直没能实现量产。

  从2012年开始,太原理工大学张卫珂团队开始研究从煤层气中提取制备纳米洋葱碳,打破了技术瓶颈,并破解了纳米洋葱碳无法量产这一全球难题。

  依靠科技创新,加快布局、积极拓展优势领域产品 

  

  从看不见的气体——煤层气中居然能提取出金刚石,还能制备出智能化时代电子工业的基础材料纳米洋葱碳,山西“无中生有”、有中出新,加快布局、积极拓展优势领域产品。

  金刚石拥有非常多的、无可比拟的优异特性,被誉为“21世纪的战略性材料”,以其超硬性广泛用于机电、光学、冶金等工业领域和现代高新技术领域。煤层气是与煤伴生、共生的气体资源,一般用作燃料。中国石油大学煤层气研究中心教授张遂安介绍说:“在煤层气的利用中,第1个层级,把它作为一种清洁燃料;第2个层级,利用煤层气生产高品质的产品,比如陶瓷、玻璃;第3个层级,利用煤层气生产金刚石、石墨烯、氢能等一些更高附加值的产品,来提升整个煤层气的利用价值。”他表示,目前在全球,中国、美国、加拿大、澳大利亚的煤层气都开发得非常好,在中国,煤层气开发重点在山西。

  把煤层气这种最轻最软的气体蜕变为金刚石这种自然界最坚硬的物质,于盛旺与他的团队历时6年,做了数千次实验,终将不可能变为可能,在世界范围内首创煤层气制备高端金刚石。“我们这种工艺比较特殊,专家们或者普通人很意外,觉得一种柔软的气体如何能变成最硬的金刚石,他们会生疑。”太原理工大学技术转移公司负责人李飞说,“随着产业化进程的推进,这种疑虑逐渐消失。”华阳集团的前身——阳煤集团看重这项技术创新的可观前景,投资3.5亿元,与太原理工大学合作成立了山西新碳超硬材料科技有限公司,加速推进煤层气制备金刚石的项目转化。

  张卫珂团队在阳泉市建成了全球惟一的纳米洋葱碳量产化企业。助力纳米洋葱碳走出实验室、走上生产线的,是阳泉市的一家民营科技公司。2015年,张卫珂的项目在这里实现投产转化,并在2019年完成中试,年销售额已破千万。

  煤层气是近20年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料,受需求和技术的双重驱动快速发展。据资料统计,全球超过30个国家就煤层气开展科学研究和勘探开发。新华社悉尼分社记者张玥说:“近年来,山西省加快推进煤层气资源开发利用,得益于科技创新。将廉价的煤层气高值利用、零排放和规模化制备结构可控的纳米碳材料和氢气,是变燃料为原料,也是减少CO2排放的重要途径,有利于促进能源、资源与工业生产的快速升级转型。” 

  

  深化产学研融合,让创新主体实现高效联动 

  

  无论是用煤层气生产金刚石还是制备纳米洋葱碳,这两个项目的共同点在于:高校自主研发技术,和企业联合实现批量生产。近年来,我省不断深化产学研融合、打通校企通道,让创新主体实现高效联动。

  “大学有三个使命,一个是人才培养,一个是科学研究,还有就是服务地方。”李飞说,“产学研合作模式,联通了高校、科研院所和企业,这是一个相互支撑、各取所需的过程。”

  张卫珂团队在与阳泉市那家民营科技公司合作过程中,还共建了校企教育创新中心,使学校和企业良性互动、优势互补,不但促进了学校的人才培养和学科建设,而且也推动了企业的技术创新。

  新的一年,我省将继续围绕创新生态打造和战略性新兴产业发展,深入推进高校布局、学科学院、专业设置“三个调整优化”。同时,充分发挥企业的创新主体作用,以14个战略性新兴产业集群为重点,支持领军企业组建有高校和科研院所参加的创新联合体。通过校企融合,联手攻关当前最急需、最前沿的技术难题,推动更多科技成果加速转化,使创新主体高效联动、创新要素加速集聚。

  “要从科技当中去转型,要从科技当中寻求出路,这是走了一条转型的正道,而且是阳光大道,一定能取得成果。”太原理工大学党委书记郑强表示。

  高校和科研院所是基础研究的主力军,也是原始创新的主战场。省委十一届十一次全会暨省委经济工作会议提出,要全力支持高校和科研院所打造科研高峰、创建学科高地,鼓励领军企业和高校、科研院所共建创新联合体。我们期待,未来在这一座座崛起的科研高峰和学科高地上,孕育出更多无中生有、有中出新的科技创新成果,助力山西在新兴产业、未来产业上超前布局、实现换道领跑。

 
 
 
 
 
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