我在實驗室催化“未來”
（原標題：我在實驗室催化“未來”）
化肥催化劑國家工程研究中心學生在合成氨催化劑研發室調整實驗參數。本報記者 張永定 攝
東南網5月19日訊（福建日報記者 蘇依婕 徐文錦）1918年，德國化學家哈伯因發明高溫高壓條件下用氮氣和氫氣合成氨的方法，獲得諾貝爾化學獎，這一技術可用於生產造福人類的化肥，實現“空氣變麪包”。百年間，爲解決高效合成氨的世界性難題，一代代科研工作者前赴後繼，其間又誕生了兩位諾貝爾化學獎得主。
這場科研長跑中，被譽爲化學工業“芯片”的催化劑是解題關鍵。
你可知道，在福州大學，有我國合成氨工業催化領域唯一的國家級創新平臺——化肥催化劑國家工程研究中心。在這裡，一場跨越三代人的氨高效合成與利用催化劑研究一直在繼續。
“爲誰做科研”
福州大學怡山校區南門附近的一處僻靜院子裡，坐落着化肥催化劑國家工程研究中心，幾棟小樓看似清簡，但實驗室、車間、辦公室等一應俱全。
中心主任江莉龍研究員的辦公桌上，壘着一摞摞資料，白板上繪滿化工工藝流程圖。“搞應用研究，時間不等人。”不管白天多忙碌，江莉龍晚上都要回到實驗室，與師生團隊討論研究課題。這樣的工作節奏，他“雷打不動”堅持了20多年。
1997年夏天，22歲的江莉龍即將從福州大學化學工程系本科畢業，被請到了時任福州大學副校長魏可鎂的辦公室。不承想，這次拉家常式的談話，成了他科研生涯的“開場白”。
當時，福州大學獲批建設化肥催化劑國家工程研究中心近一年，副校長兼中心主任魏可鎂在選拔優秀畢業生時，提出三個要求：來自農村、學習成績好、當過班幹部。來自老區上杭、身爲班長的江莉龍得到了時任化工系黨總支書記肖柏青的推薦。多年後，江莉龍對這三個要求的含義有了更深體會——“能吃苦、勤學習、懂協作，是科研人必備的品質”。
這是一支以工業合成氨催化劑研究爲核心的國家級研究團隊，前身可追溯至半個世紀前。
20世紀70年代，因國家糧食安全需要，國內學術界開啓固氮研究，致力於將空氣中的氮氣固定轉化爲含氮肥料。福州大學創始人之一、時任副校長的中國科學院院士盧嘉錫推動在福大成立了“固氮組”，並推選魏可鎂任組長，帶領5名大學生開始研發“工業合成氨”催化劑。
人工合成氨，是生產化肥的第一步。20世紀90年代起，我國已是全球最大的合成氨生產國，但合成氨廠以煤爲燃料，節能降耗壓力巨大。
“想把能耗降下來，催化劑是關鍵。”江莉龍說，由於國外技術封鎖，魏可鎂帶着團隊開始研究新一代低溫低壓高效合成氨催化劑。
在實驗室之外，江莉龍經常跟着老師們深入合成氨廠開展技術服務，爲的是讓催化劑順利“走上”生產線。
當時，我國有約1300家中小型合成氨廠，不少在山旮旯裡。江莉龍和老師們常常輾轉搭乘火車、汽車、摩托車才能抵達，在廠裡一待就是個把月，和車間工人同吃同住、值班倒班。
合成氨反應過程看似簡單，實則條件極其苛刻，需要在500多攝氏度的高溫和300多個大氣壓下進行。“不走出實驗室，就體會不到產業的需求和一線的艱苦。”江莉龍感同身受。
在江蘇禾友化工廠值班時，一位車間主任曾跟他感慨道，工人們每天面對這麼高的溫度和壓力，相當於“把命別在褲腰帶上”。
那一刻，江莉龍懂得了“我們爲誰做科研”。
“緊緊依靠產業一線”
在化肥催化劑國家工程研究中心展廳，陳列着各種催化劑。這些不起眼的顆粒物，是團隊多年來的孜孜以求。
“爲了產業一線，也要緊緊依靠產業一線。”說起最困難時，江莉龍仍心有慼慼。
2008年，研究團隊在經過近12年的實驗室研發後，開展了釕系合成氨催化劑首次萬噸級工業試驗，但未能取得完全成功。由於釕系合成氨催化劑的長週期穩定運行問題尚未解決，貴金屬釕價格也在飛漲，經費不足，研究陷入了困境。
“我們開發的諸多催化劑都產業化了，就釕系催化劑未能產業化，是我這輩子最大的遺憾。”魏可鎂話語中的失落，讓江莉龍印象深刻。當時，團隊正面臨人才新老交替、青黃不接的階段，釕系催化劑產業化似乎遙遙無期。
“我們的出路還是跟企業合作！”依據多年的科研經驗，魏可鎂堅持道。
事實上，產學研合作機制的探索，在這裡早有跡可循。
20世紀70年代，魏可鎂就與福州化工原料廠合作過，把當時的研發成果應用於化工原料廠。但後來工廠經營難以爲繼，合作中斷。
合作方沒了，那就自己辦廠。20世紀90年代末，福州大學組建了福大催化劑廠，嘗試通過校辦企業轉化技術成果。“但老師們沒時間，也幹不來銷售推廣工作，廠子很難做大。”江莉龍說。
此後，中心又通過技術轉讓、參與分紅的方式，嘗試與民營企業開展合作。
2012年，魏可鎂與江莉龍到北京參會時意外結識了北京三聚環保新材料股份有限公司負責人。一番洽談後，福州大學依託化肥催化劑國家工程研究中心，以技術入股，與北京三聚環保成立合資公司三聚福大。
“中心和企業成了科研聯合體，共同投入，風險共擔。不僅經費有了着落，而且雙方核心技術人員組隊攻關，推動成果加快產業化。”江莉龍說。
然而，意外不期而至。2014年10月，中國工程院院士魏可鎂因勞累過度，突發腦梗不幸逝世。一時間，團隊失去了主心骨。在時任校長、中國工程院院士付賢智支持下，時任副校長陳國龍與中心老師挨個談話。最後學校決定，由江莉龍接任中心主任。
扛起中心大旗之初，江莉龍忙得“顧不上壓力”。他帶着團隊和三聚福大技術人員全身心投入釕系催化劑產業化研究，延續魏可鎂未竟的事業。雖然當時團隊平均年齡只有37歲，但江莉龍相信，“站在前人的肩膀上，辦法總比困難多”。
從實驗室到生產線，意味着催化劑從公斤級製備走向噸級生產，安全穩定是頭等大事。研究人員夜以繼日，連續開展了200多天的催化劑穩定性測試；團隊成員四處調研，動手設計年產釕系催化劑百噸級生產線……
那時，江莉龍常想起老師魏可鎂的話，“堅持堅持再堅持，最苦難的事情也就過去了”。
2018年，歷經兩代科研人20餘年技術攻關，該中心與北京三聚環保等共同開發集成出世界首套以煤爲原料的低碳安全高效合成氨成套新技術，打破了國外近30年的技術壟斷。
隔年，該技術在江蘇禾友化工年產20萬噸釕基低溫低壓合成氨裝置上實現工業應用。經過專家考覈標定，合成氨壓力降低了約130個大氣壓，噸氨平均綜合能耗降低200公斤以上的煤。
回首來路，江莉龍感慨道，一條技術線把國家重大需求、產業需求與平臺發展、團隊成長結合起來，技術突破了，團隊也成長了。
“一代人有一代人的使命”
“要繼承，更要發展。一代人有一代人的使命。”2018年，剛取得技術突破的江莉龍團隊，又敏銳“嗅”到了新機遇。
彼時，國內外對於氣候變化和節能減排愈加重視，被譽爲“21世紀終極能源”的氫能受到高度關注。但由於氫氣易燃、易爆，氫能產業鏈始終面臨儲運成本高、本質安全性低兩大痛點。
運輸不便，爲何不現場制氫？通過催化劑將氨分解出氫氣和氮氣，這一制氫技術路徑對於江莉龍團隊而言再熟悉不過，“佈局新能源領域的時機來了”。
2018年，剛從清華大學能源與動力工程專業畢業的博士羅宇加入中心，與從美國訪學歸來的陳崇啓一拍即合。在江莉龍的指導下，他們開始探索以氨爲儲氫介質的“氨-氫”儲能與發電技術路線。
“不能爲了制氫反而產生高能耗。”羅宇說，實現“氨-氫”轉化，首要任務是開發低溫高效的氨分解催化劑。
在日復一日的實驗下，團隊花費了近兩年時間，將氨分解制氫所需的溫度條件由800攝氏度降至480攝氏度，使氨制氫轉化率高達99.5%。
實驗室打通技術路徑後，研究邁向裝備開發環節，團隊再一次走出“舒適區”。
中心的測試車間裡，還留有團隊日夜奮戰的痕跡，一臺“氨-氫”燃料電池發電裝置原型機靜靜矗立。“氨熱催化分解出的氫氮混合氣體，可直接進入氫燃料電池發電。”羅宇至今清晰記得首臺“氨-氫”燃料電池發電站落地的過程。
2021年下半年，項目交付在即。白天，羅宇、陳崇啓帶着團隊忙着組裝設備，晚上則請來自動化專業的工程技術人員幫忙完善自動控制系統。大家鉚足了勁，經常幹到凌晨兩三點。組裝完成後，又馬不停蹄把設備拉到龍巖新羅區曹溪鎮一座高山上，爲中國鐵塔一經常性離網基站提供電力保障。團隊10多人頂着大雨和蚊蟲叮咬在山林裡搭棚，連續3個月監測設備運行情況，春節期間也不停歇。
“這是國內首座3千瓦級‘氨-氫’燃料電池發電站，實現了氫的即產即用和安全高效發電，度電燃料成本可降低40%，每兆瓦時可實現碳減排近1噸。”羅宇說。
設備落地，也爲一個新的產學研平臺“開了個好頭”。
2021年12月，福州大學和紫金礦業集團、北京三聚環保共同成立福大紫金氫能科技股份有限公司（簡稱“福大紫金氫能”），並創建國內首家“氨-氫能源重大產業創新平臺”，由羅宇、陳崇啓等中心老師兼任公司技術負責人。
從全國首座氨現場制氫加氫一體站，到全國首輛“氨-氫”燃料電池客車、全國首艘“氨-氫”燃料電池動力船……依託化肥催化劑國家工程研究中心研發的“低溫低壓合成氨”和“安全低溫氨分解”兩項核心技術，福大紫金氫能持續開發出“氨-氫”能源各類應用場景，在萬億氫能新賽道上搶佔先機。
“學校一如既往給了我們極大幫助。面向國家重大戰略、面向未來，我們將繼續圍繞制氨、用氨過程的催化劑及相關裝備、工藝、工程進行全鏈條創新，推動更多技術成果走出實驗室、走上生產線，做到堅持化肥、超越化肥。”江莉龍滿懷期待。
走在研究中心院子裡，江莉龍時常想起，20多年前第一次來這裡時，周邊都是農田。他和師兄弟們輪班監工，看着中心大樓“拔地而起”。如今在這裡，三代人的科研創新與團隊發展深刻交織，已然開闢出新天地。