大國工匠柴茂榮：氫能專家的詩與遠方

　　隨著國家能源戰(zhàn)略的出臺，未來會有越來越多氫能產(chǎn)業(yè)落地，助力“雙碳”目標早日實現(xiàn)。那將是柴茂榮樂見其成的詩與遠方。

　　匠心，能工巧匠之心。柴茂榮，并非一般的能工巧匠，而是赫赫有名的“大國工匠”。已過花甲之年，柴茂榮功成名就。在新能源智能汽車研究領域，他成績斐然，特別是在氫燃料電池研究中更是建樹頗多。他是國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司首席技術官。2021年，他榮膺能源礦山冶金學部“大國工匠”稱號。

　　在這位“大國工匠”的匠心深處，充盈的是言行統(tǒng)一的愛國之美、傾情投入的愛“氫”之美、不求回報的愛鄉(xiāng)之美。柴茂榮對氫能源的未來充滿希望。在做研究的同時，他也經(jīng)常通過一些論壇和講座，為大眾科普氫能源的知識。氫騰的全面自主化、國產(chǎn)化是一個好的開端，隨著國家能源戰(zhàn)略的出臺，未來會有越來越多氫能產(chǎn)業(yè)落地，助力“雙碳”目標早日實現(xiàn)。那將是柴茂榮樂見其成的詩與遠方。

　　快人一步的異國深造科研生涯

　　一切都是厚積薄發(fā)的結果。迄今為止，柴茂榮回到祖國才剛剛6年。此前，他在日本學習、工作、生活了30個年頭。柴茂榮先后在浙江工業(yè)大學、大連理工大學讀完了本科和碩士研究生。1988年，他東渡日本深造。

　　柴茂榮現(xiàn)在是國家電投集團氫能首席專家，國家電投集團氫能型號總師，氫能科技董事、首席技術官。致力于催化劑、電池材料、燃料電池材料的多項技術開發(fā)，是燃料電池鉑碳催化劑的最早發(fā)明者之一，也是燃料電池最基礎的理論氫氣溢流(Hydrogen Spillover)理論的提出者之一，在 Science、 J. Membrane Science、 Applied Catalysis、Electrochemistry、 Material Science等期刊發(fā)表論文50余篇，專利近70項。先后就職于日本通產(chǎn)省地球環(huán)境研究機構、三井金屬礦業(yè)株式會社。2017年4月回國加入國家電投集團，其負責研制的“氫騰”燃料電池發(fā)動機已全面實現(xiàn)國產(chǎn)化，并在2022年北京冬奧會期間有著優(yōu)異的表現(xiàn)。榮獲“2020年度中國能源創(chuàng)新人物”，2021年能源礦山冶金學部“大國工匠”等榮譽稱號。

　　柴茂榮1991年獲九州大學工學部化學機械和高分子材料理學博士，3年之后又攻下了該校綜合理工學研究院燃料電池學科甲級工學博士。

　　彼時，雖然氫能燃料電池在軍事、航天等領域的應用已較為成熟，但在民用領域卻鮮有涉及，最主要的原因是其一直使用高價的金屬鉑作為催化劑。發(fā)電1千瓦所用鉑量，價格高達1000美金，民用領域根本無法承受這樣的成本。

　　畢業(yè)后的柴茂榮，動力十足，一帆風順，迅速嶄露頭角。他先是在日本通產(chǎn)省地球環(huán)境研究機構任博士研究員，3年后就職三井金屬礦業(yè)株式會社，歷任主任研究員，觸媒事業(yè)部開發(fā)部部長助理，三井金屬(珠海)環(huán)境技術有限公司董事副總經(jīng)理、總經(jīng)理。雖是初出茅廬，卻可謂如魚得水。風華正茂的他，開始主導開發(fā)催化劑、電池材料、燃料電池材料等多項技術。他是燃料電池鉑碳催化劑的最早發(fā)明者之一，也是燃料電池最基礎理論——氫氣溢流理論的提出者之一。

　　聰慧+勤奮，使得他的事業(yè)之舟鼓滿風帆。在國際頂級期刊上，接連發(fā)表了16篇催化劑系列論文，為貴金屬催化劑在氫燃料電池等領域的應用提供了理論依據(jù)。他研發(fā)了低氯貴金屬的溶液制造工藝，實現(xiàn)了貴金屬在各種載體上的納米擔載，大幅降低了催化劑成本。從2002年開始，他在三井金屬綜合研究所工作，帶領團隊開發(fā)出高性能燃料電池催化劑，成功應用于豐田 Mirai 氫燃料電池汽車;研制出多種汽車尾氣凈化用三元催化劑，廣泛應用于日系車企的主力車型。他任過三井綜合研究所副所長兼電池研究中心主任，NEDO燃料電池課題組長，RESIN固態(tài)鋰電池項目組長，三井金屬總部企畫室長、副總裁助理等職務。他躋身日本國家電池開發(fā)研究機構的15人小組……如果繼續(xù)在這片天空中翱翔，屬于他的形容詞只能是“前途無量”。

　　事實上，柴茂榮早年求學之路，有著一般人難以企及的速度：15歲以數(shù)學、化學滿分，浙江省第十九名的成績，考入浙大出國班，后因故轉入浙工大;19歲來到大工應用化學專業(yè)，成為全校年齡最小的研究生;25歲獲日本文部省獎學金赴日留學，僅用了6年便拿下燃料電池和高分子專業(yè)兩個博士學位……命運似乎早早地為他打開了一扇通往科研之路的大門。

　　1982年，柴茂榮從秀麗的江南遠赴東北，師從王祥生老師。研究生期間，柴茂榮第一次接觸到了化學催化劑的研究，在王老師的指導下，他的研究小有成果，發(fā)表了六七篇論文。“王老師告訴我，一定要把催化劑的壽命作為研究的第一考量。”而這個原則，他在此后的科研生涯中始終堅守。

　　“如果想在民用領域推進氫能燃料電池的發(fā)展，必須盡可能降低催化劑中鉑的劑量。”經(jīng)過反復試驗，柴茂榮發(fā)現(xiàn)，將鉑搭載在碳上，活性反而提高。順著這個方向，他僅耗時一年多，便研制出新型催化劑，把金屬鉑的劑量縮小到近千分之一，不僅降低了成本，還大幅度提高了催化性能。柴茂榮因此成為燃料電池鉑碳催化劑的最早發(fā)明者之一，而這項技術一直沿用至今。

　　獲得第一個博士學位時，關于氫能燃料電池的研究進入低潮期。“市場似乎并不太能接受氫能燃料電池，之前研究的東西缺少用武之地。”柴茂榮干脆轉投高分子專業(yè)，念起了第二個博士學位，“開卷有益”，從入學到研究所，他在高分子領域又待了十年。

　　隨著全球環(huán)境不斷惡化，日本國內(nèi)對于環(huán)境問題的整治也越來越嚴苛。汽車尾氣作為整治的重點，污染氣體的排放量需逐年遞減10%。降低汽車尾氣中的有害氣體，催化劑又是關鍵。因此，當日本三井公司在遇到這一技術難題時，他們找到了柴茂榮。

　　“愛因斯坦和愛迪生都很偉大，但我更希望成為愛迪生那樣的人，研究的東西，能做成推動社會發(fā)展的產(chǎn)品。”這是柴茂榮追求的目標。在不惑之年，他離開研究所，進入三井金屬礦業(yè)株式會社。

　　雖已離開催化劑領域十年，但回到這一熟悉而又陌生的賽道時，柴茂榮仍信心十足。扎實的理論基礎和之前積累的研究經(jīng)驗，讓他很快掌握汽車尾氣催化劑的研究要點和痛點，僅用了半年時間，便推出了性價比超高的催化劑產(chǎn)品，成為日本國內(nèi)解決汽車尾氣排放的明星產(chǎn)品，每年為公司創(chuàng)收近60億人民幣。

　　落葉歸根只為中國“氫芯”

　　柴茂榮的人生，沒有“如果”。55歲那年，他放棄了已有的一切毅然回國，完全是家國情懷所致。歲月回到2016年。那時，我國氫能技術研究才剛剛起步。國家電投集團氫能公司還在籌備。柴茂榮的加入，改寫了這家公司的歷史，也改寫了中國氫能研究的歷史。

　　2014年12月4日，第一臺搭載氫能燃料電池的汽車在日本問世，引起了世人的廣泛關注。在國內(nèi)，各界對于氫動能車的關注度也隨之高漲。2017年年初，櫻花尚未綻放。時任科技部部長萬鋼赴日考察。參觀日本的氫燃料電池汽車時，萬部長頗有感慨。“中國要大力發(fā)展新能源。”他對陪同考察的柴茂榮說。那時的柴茂榮，已是日本業(yè)界燃料電池電極觸媒材料方面的頂層專家。柴茂榮聽罷點了點頭，心中一震。

　　萬鋼深知柴茂榮在氫能技術領域的成就，專門提到中國要大力發(fā)展新能源，并盛情邀請他回國。“我是中國人，國家有需要，我義不容辭。”沒有猶豫，沒有要求，柴茂榮就這樣“輕易”地做出了回國的決定。家人的勸說，朋友的反對，老板的挽留，都沒能讓他改變主意。他毫不猶豫地辭去了日本著名的三井金屬綜合研究所副所長兼電池研究中心主任職務，加盟白紙般的國家電投集團氫能公司重新創(chuàng)業(yè)。

　　在日本的那些年，他有機會加入日本籍。“我是中國人。我應該屬于中國。”他仿佛一直等待著歸國創(chuàng)業(yè)的這一天。4月20日，他義無反顧，登上了飛機，直抵北京首都國際機場。他飽含深情，寫下一首《櫻花賦》：櫻花以畢生的美麗印證愛的堅貞……但愿有一天……去尋找心靈深處向往的美麗，和心靈執(zhí)念去抵達的歸處……

　　夫人兒子留在日本，他只身一人回到了祖國，尋找心靈深處向往的美麗。國外優(yōu)裕的工作條件、舒適的生活從此離他遠去。他不但把自己逼到了“起跑線”上，而且還成了名副其實的“京漂”。“奔六”的他，從零開始，帶領團隊踏上了中國氫燃料電池自主創(chuàng)新探索的艱難之旅。他一心撲在“氫”上，家國情懷是他獻身祖國氫能事業(yè)的不竭動力。

　　回國后不到一個月，國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司宣告成立。在他的帶領下，專注于燃料電池研發(fā)、多應用場景的氫動力系統(tǒng)開發(fā)、先進儲能技術研究與產(chǎn)品開發(fā)等。他心無旁騖，在我國氫能技術自主化和趕超世界先進水平中發(fā)揮了領軍、骨干和中堅作用。他帶領團隊攻克了一個又一個難關，研發(fā)了集自主材料、部件和整機核心技術為一體的系列產(chǎn)品。

　　彼時，國內(nèi)氫能技術的研究尚未見起色，缺乏核心零部件和原材料，產(chǎn)業(yè)布局零散，整體水平較發(fā)達國家有著近20年的差距，集團內(nèi)外對此前景感到憂慮，也引得質(zhì)疑聲不斷。

　　“缺零件就造零件，缺材料就產(chǎn)材料。我回來就是要造中國人自己的燃料電池。”柴茂榮底氣十足。他以“能吃苦”為第一標準，在集團內(nèi)迅速組建了30人團隊，詳細列出了近700件設備的清單。一場攻堅戰(zhàn)，開始了。

　　氫能燃料電池的研發(fā)包括催化劑、雙極板、膜電極、質(zhì)子交換膜、碳紙五大關鍵材料和部件。憑借在催化劑領域多年的工作經(jīng)驗和實力，柴茂榮帶領團隊在打通催化劑和膜電極產(chǎn)業(yè)鏈時，過程相對順利。相較之下，對雙極板研發(fā)的過程就困難得多。

　　車載用高功率雙極板技術，一直是我國的短板，各方面性能和國際先進水平相差懸殊。而我國鈦資源豐富，柴茂榮決定就地取材，選用鈦作為雙極板的主要材料。“鈦資源雖然豐富，但國產(chǎn)鈦材不適合做雙極板，因為材料的延展性不夠。”因此，柴茂榮帶領團隊一頭扎進冶煉廠，從金屬冶煉開始，一爐爐試驗，終于煉出了可以壓延雙極板的鈦材，做出了合格的雙極板。

　　2018年5月，集團接到了北京冬奧組委的任務，希望能在冬奧會期間使用我國制造的氫能車來保障比賽順利進行，而氫能車的核心則是氫能燃料電池發(fā)動機，這項重要的研發(fā)任務交到了柴榮茂的手上。時間緊迫，柴茂榮在研制電池質(zhì)子交換膜和碳紙的同時，第一時間組建發(fā)動機研制團隊，跨界機械領域，開始雙線推進。

　　為了加快研制速度，柴茂榮干脆把家安在離公司僅500米的地方，每天第一個到，最后一個離開，工作時間不少于18小時。除了吃飯睡覺，他把所有時間和精力都撲在工作上。

　　2019年，他主持研發(fā)的空冷燃料電池動力系統(tǒng)使“靈雀-H”無人機在中國商飛試飛成功;研發(fā)成功100千瓦燃料電池動力系統(tǒng)，使氫燃料電池客車在寧波成功下線。2020年，他牽頭研制的燃料電池電堆及動力系統(tǒng)產(chǎn)品通過強檢并正式發(fā)市，實現(xiàn)了-30℃低溫啟動，在高性能、低成本、全自主方面領跑行業(yè)，與國際先進產(chǎn)品相媲美;同步研發(fā)建設的燃料電池零部件及組裝中試線完成調(diào)試，現(xiàn)已具備5000臺燃料電池電堆的年產(chǎn)能。

　　2020年，改進型發(fā)動機“氫騰”正式發(fā)布，同年開始建設生產(chǎn)線;2021年4月，“氫騰”亮相博鰲論壇，在平均36℃的高溫高濕環(huán)境下，出色地完成了各項運載任務……

　　如今，氫騰已實現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)能穩(wěn)定，接到訂單3天后便可開始交付，日產(chǎn)量達10臺。而氫騰出色的性能數(shù)據(jù)——電堆額定功率88千瓦，體積功能密度3.2千瓦/升，驅(qū)動電機最大功率240千瓦——已達到國際先進水平。柴茂榮用4年沒日沒夜的投入，追上了20年的差距。

　　為我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術體系建設，他潛心研究，不斷探索。他參與制定了國家發(fā)改委《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035)》、科技部“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、工信部新能源汽車路線圖2.0版等技術政策，以及財政部等5部委氫能示范城市群實施細則等，負責了北京市、國家電投集團等多項橫縱向科研項目。

　　作為國際知名的燃料電池專家，柴茂榮致力研究并推廣燃料電池技術，活躍在燃料電池科技最前沿。其掌握的燃料電池觸媒、金屬分散等相關技術，處于國際領先水平。過去的5年間，他領銜的團隊在清潔能源技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)項目實施方面取得了一系列突破，包括催化劑、質(zhì)子膜、碳紙、膜電極、雙極板、電堆、系統(tǒng)、空壓機以及氫引射器，“氫騰”燃料電池終于實現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈自主化創(chuàng)新……

　　他獲得了諸多科技類獎勵及榮譽：2020年，獲中國汽車工程學會主辦的首屆“氫能與燃料電池技術創(chuàng)新獎”優(yōu)秀獎;2021年，當選“2020年度中國能源創(chuàng)新人物”;2021年，獲電力工業(yè)協(xié)會優(yōu)秀科技工作者獎章，并被全國總工會能源礦山化學冶金學部推選為“大國工匠”。

　　氫能未來發(fā)展前景可期

　　2022年2月4日，立春，北京冬奧會開幕的日子。延慶賽區(qū)大風，索道停運，早上4:30，氫騰大巴整裝待發(fā)，準備運送人員上山。這種臨危受命的節(jié)奏，從氫騰大巴進入閉環(huán)的第一天起就開始了。賽區(qū)一旦出現(xiàn)惡劣天氣，可直接低溫啟動、運行穩(wěn)定的氫騰大巴總能第一時間趕到，是組織者最信任的選擇。

　　在為冬奧會服務的52天里，國家電投集團共投入了200輛氫騰大巴(其中50輛備用)，出動6842車次，接送150413人次，運行793000公里，減少碳排放550噸，零故障、零事故地完成了所有運行任務。

　　在閉環(huán)外隨時待命的柴茂榮，時刻關注氫騰的動態(tài)，更為氫能源車的出色表現(xiàn)而自豪。他說：“冬奧會創(chuàng)造了有史以來幾個第一：第一次逾千輛燃料電池汽車集中運行;第一次在大型國際賽會上大規(guī)模使用氫能燃料電池汽車作為主運力;第一次國產(chǎn)自主化技術和國際一流品牌在同一賽道競爭;第一次新能源汽車在嚴寒冬天野外場地進行長達數(shù)月(包括熱身賽)的服務。”與氫能研究相隨30余年，柴茂榮在祖國看到了氫騰山巔。

　　據(jù)柴茂榮介紹，在交通運輸領域，氫能用途很廣。日本的燃料電車乘用車，充電3分鐘能夠跑1000多公里，冬天跑得更遠。他認為，我國需要先大力發(fā)展乘用車，從發(fā)展乘用車做起;只有把乘用車發(fā)展起來，量才能上去，成本才能降下來。燃料電池汽車，乘用車是繞不開的路，因為它具備了電動車的電子化和燃油車的逆變器，等于前面是電動車，后面是燃油車，是這樣一套裝置，所以它具備燃油車的高安全性、低成本和加“氫”速度快的優(yōu)點，又有電動車的可靠性和長壽命、高環(huán)境適應性這些條件，從零下40℃到零上60℃，整個工作范圍非常廣，而且加速性、啟動性非?？欤@就是最大的特點。柴茂榮建議，我國應該加快放開乘用車市場，通過規(guī)?；党杀竞图夹g迭代，提高安全性、可靠性，這是非常重要的一點。

　　相對于鋰電池車，燃料電池車優(yōu)勢非常明顯。首先，整個車體的重量比鋰電池車輕了五六百公斤，一個電池大概是50~60公斤，同樣的電池鋰電池比較輕。另外速度加速性和電動車相當，續(xù)航距離是電動車的兩倍以上，加氫速度僅為兩、三分鐘，所以這些都是燃料電池的優(yōu)勢。從成本來講，燃料電池車并不貴，在國外，燃料電池車的成本已經(jīng)做到跟電動車差不多了。

　　2021年，我國氫能就已經(jīng)開始逐漸擴大，2022年冬奧會以后我國發(fā)布了燃料電池車示范通知，現(xiàn)有5個燃料電池汽車示范應用城市群，共涵蓋47座城市。第一批是北京、上海、廣東。第二批是河北、河南，而且對燃料電池里面關鍵卡脖子的“八大件”(電堆、膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)系統(tǒng))都有補貼。我國想以2022年冬奧會為契機，開發(fā)一批燃料電池車，整體來講非常慘淡?，F(xiàn)在兩年了，總共銷了大約5000輛。下一步，只有一個辦法，把乘用車市場放開。

　　我國交通前景將以重卡、公交為突破口，建立“柴”改“氫”的工業(yè)示范，布局加氫站，擴大氫能的利用規(guī)模，逐步拓展到乘用車領域，而且在船舶方面要開發(fā)新用途。

　　氫氣因燃燒過程中不會排放溫室氣體，而被認為是未來重要的能源形式。國際可再生能源署(IRENA)預測，到2050年，氫能將滿足全球12%的能源需求。電解水是目前主流的低碳制氫路線之一，根據(jù)電的來源，可分為常規(guī)電制氫和可再生電力制氫。

　　柴茂榮預測，2060年前后中國的能源消費總量將比當前增加20%至30%，屆時除電力外，氫能、熱能也會是主要的能源供應來源。

　　畢馬威研報顯示，近年中國氫氣年產(chǎn)能為3300萬噸左右，60%以上來自于煤制氫。通過電解水等低碳路線生產(chǎn)的氫，其產(chǎn)量占比僅為1%。而在應用端，由于目前制氫、儲氫的成本較高，氫能的使用范圍較窄，應用仍處于起步階段。

　　柴茂榮認為，中國氫能發(fā)展的第一步是在10年到15年內(nèi)把氫的應用鏈打通，提高氫能利用的經(jīng)濟性。他在新疆、內(nèi)蒙古等地留意到，當?shù)厣a(chǎn)出的氫很多運不出去，原因就在于廠商只考慮了制氫，沒有考慮到下游的應用場景。第二步是把減碳作為目標，再用10年至15年的時間投資研發(fā)可再生電力制氫、熱解制氫、光催化制氫等綠氫制取技術，降低這些技術路線的成本。第三步是以碳中和為目標，以整體性的視角規(guī)劃中國新的能源體系，在適宜布局氫能的區(qū)域、產(chǎn)業(yè)進行相應的投資。

　　柴茂榮指出，目前中國在氫能普及度上落后于日本、德國，未來衡量中國氫能是否普及的標志就是看氫能乘用車是否獲得較大的市場，原因在于氫能車續(xù)航距離遠、氫的成本將比油低。

　　“我們與日本、德國就差‘一輛車’的距離，只要哪天中國人用上氫能小轎車了，就說明氫能開始普及了。” 柴茂榮說道。

　　如今，柴茂榮潛心研究，不斷探索，為我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術體系建設做出積極貢獻。他參與制定了科技部十四五氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、工信部新能源汽車路線圖2.0版等技術政策，負責了北京市、國家電投集田等多項橫縱向科研項目，為氫能公司始終保持技術領先地位提供源動力。他在燃料電池及催化材料等相關領域發(fā)表論文50余篇，專利70余部。在推動技木發(fā)展的同時，他培養(yǎng)了一批氫能與燃料電池行業(yè)技術骨干，完善了氫能公司的技術人才梯隊。

　　《小康》·中國小康網(wǎng) 　作者：郭煦