大国工匠柴茂荣：氢能专家的诗与远方

　　随着国家能源战略的出台，未来会有越来越多氢能产业落地，助力“双碳”目标早日实现。那将是柴茂荣乐见其成的诗与远方。

　　匠心，能工巧匠之心。柴茂荣，并非一般的能工巧匠，而是赫赫有名的“大国工匠”。已过花甲之年，柴茂荣功成名就。在新能源智能汽车研究领域，他成绩斐然，特别是在氢燃料电池研究中更是建树颇多。他是国家电投集团氢能科技发展有限公司首席技术官。2021年，他荣膺能源矿山冶金学部“大国工匠”称号。

　　在这位“大国工匠”的匠心深处，充盈的是言行统一的爱国之美、倾情投入的爱“氢”之美、不求回报的爱乡之美。柴茂荣对氢能源的未来充满希望。在做研究的同时，他也经常通过一些论坛和讲座，为大众科普氢能源的知识。氢腾的全面自主化、国产化是一个好的开端，随着国家能源战略的出台，未来会有越来越多氢能产业落地，助力“双碳”目标早日实现。那将是柴茂荣乐见其成的诗与远方。

　快人一步的异国深造科研生涯

　　一切都是厚积薄发的结果。迄今为止，柴茂荣回到祖国才刚刚6年。此前，他在日本学习、工作、生活了30个年头。柴茂荣先后在浙江工业大学、大连理工大学读完了本科和硕士研究生。1988年，他东渡日本深造。

　　柴茂荣现在是国家电投集团氢能首席专家，国家电投集团氢能型号总师，氢能科技董事、首席技术官。致力于催化剂、电池材料、燃料电池材料的多项技术开发，是燃料电池铂碳催化剂的最早发明者之一，也是燃料电池最基础的理论氢气溢流(Hydrogen Spillover)理论的提出者之一，在 Science、 J. Membrane Science、 Applied Catalysis、Electrochemistry、 Material Science等期刊发表论文50余篇，专利近70项。先后就职于日本通产省地球环境研究机构、三井金属矿业株式会社。2017年4月回国加入国家电投集团，其负责研制的“氢腾”燃料电池发动机已全面实现国产化，并在2022年北京冬奥会期间有着优异的表现。荣获“2020年度中国能源创新人物”，2021年能源矿山冶金学部“大国工匠”等荣誉称号。

　　柴茂荣1991年获九州大学工学部化学机械和高分子材料理学博士，3年之后又攻下了该校综合理工学研究院燃料电池学科甲级工学博士。

　　彼时，虽然氢能燃料电池在军事、航天等领域的应用已较为成熟，但在民用领域却鲜有涉及，最主要的原因是其一直使用高价的金属铂作为催化剂。发电1千瓦所用铂量，价格高达1000美金，民用领域根本无法承受这样的成本。

　　毕业后的柴茂荣，动力十足，一帆风顺，迅速崭露头角。他先是在日本通产省地球环境研究机构任博士研究员，3年后就职三井金属矿业株式会社，历任主任研究员，触媒事业部开发部部长助理，三井金属(珠海)环境技术有限公司董事副总经理、总经理。虽是初出茅庐，却可谓如鱼得水。风华正茂的他，开始主导开发催化剂、电池材料、燃料电池材料等多项技术。他是燃料电池铂碳催化剂的最早发明者之一，也是燃料电池最基础理论——氢气溢流理论的提出者之一。

　　聪慧+勤奋，使得他的事业之舟鼓满风帆。在国际顶级期刊上，接连发表了16篇催化剂系列论文，为贵金属催化剂在氢燃料电池等领域的应用提供了理论依据。他研发了低氯贵金属的溶液制造工艺，实现了贵金属在各种载体上的纳米担载，大幅降低了催化剂成本。从2002年开始，他在三井金属综合研究所工作，带领团队开发出高性能燃料电池催化剂，成功应用于丰田 Mirai 氢燃料电池汽车;研制出多种汽车尾气净化用三元催化剂，广泛应用于日系车企的主力车型。他任过三井综合研究所副所长兼电池研究中心主任，NEDO燃料电池课题组长，RESIN固态锂电池项目组长，三井金属总部企画室长、副总裁助理等职务。他跻身日本国家电池开发研究机构的15人小组……如果继续在这片天空中翱翔，属于他的形容词只能是“前途无量”。

　　事实上，柴茂荣早年求学之路，有着一般人难以企及的速度：15岁以数学、化学满分，浙江省第十九名的成绩，考入浙大出国班，后因故转入浙工大;19岁来到大工应用化学专业，成为全校年龄最小的研究生;25岁获日本文部省奖学金赴日留学，仅用了6年便拿下燃料电池和高分子专业两个博士学位……命运似乎早早地为他打开了一扇通往科研之路的大门。

　　1982年，柴茂荣从秀丽的江南远赴东北，师从王祥生老师。研究生期间，柴茂荣第一次接触到了化学催化剂的研究，在王老师的指导下，他的研究小有成果，发表了六七篇论文。“王老师告诉我，一定要把催化剂的寿命作为研究的第一考量。”而这个原则，他在此后的科研生涯中始终坚守。

　　“如果想在民用领域推进氢能燃料电池的发展，必须尽可能降低催化剂中铂的剂量。”经过反复试验，柴茂荣发现，将铂搭载在碳上，活性反而提高。顺着这个方向，他仅耗时一年多，便研制出新型催化剂，把金属铂的剂量缩小到近千分之一，不仅降低了成本，还大幅度提高了催化性能。柴茂荣因此成为燃料电池铂碳催化剂的最早发明者之一，而这项技术一直沿用至今。

　　获得第一个博士学位时，关于氢能燃料电池的研究进入低潮期。“市场似乎并不太能接受氢能燃料电池，之前研究的东西缺少用武之地。”柴茂荣干脆转投高分子专业，念起了第二个博士学位，“开卷有益”，从入学到研究所，他在高分子领域又待了十年。

　　随着全球环境不断恶化，日本国内对于环境问题的整治也越来越严苛。汽车尾气作为整治的重点，污染气体的排放量需逐年递减10%。降低汽车尾气中的有害气体，催化剂又是关键。因此，当日本三井公司在遇到这一技术难题时，他们找到了柴茂荣。

　　“爱因斯坦和爱迪生都很伟大，但我更希望成为爱迪生那样的人，研究的东西，能做成推动社会发展的产品。”这是柴茂荣追求的目标。在不惑之年，他离开研究所，进入三井金属矿业株式会社。

　　虽已离开催化剂领域十年，但回到这一熟悉而又陌生的赛道时，柴茂荣仍信心十足。扎实的理论基础和之前积累的研究经验，让他很快掌握汽车尾气催化剂的研究要点和痛点，仅用了半年时间，便推出了性价比超高的催化剂产品，成为日本国内解决汽车尾气排放的明星产品，每年为公司创收近60亿人民币。

　落叶归根只为中国“氢芯”

　　柴茂荣的人生，没有“如果”。55岁那年，他放弃了已有的一切毅然回国，完全是家国情怀所致。岁月回到2016年。那时，我国氢能技术研究才刚刚起步。国家电投集团氢能公司还在筹备。柴茂荣的加入，改写了这家公司的历史，也改写了中国氢能研究的历史。

　　2014年12月4日，第一台搭载氢能燃料电池的汽车在日本问世，引起了世人的广泛关注。在国内，各界对于氢动能车的关注度也随之高涨。2017年年初，樱花尚未绽放。时任科技部部长万钢赴日考察。参观日本的氢燃料电池汽车时，万部长颇有感慨。“中国要大力发展新能源。”他对陪同考察的柴茂荣说。那时的柴茂荣，已是日本业界燃料电池电极触媒材料方面的顶层专家。柴茂荣听罢点了点头，心中一震。

　　万钢深知柴茂荣在氢能技术领域的成就，专门提到中国要大力发展新能源，并盛情邀请他回国。“我是中国人，国家有需要，我义不容辞。”没有犹豫，没有要求，柴茂荣就这样“轻易”地做出了回国的决定。家人的劝说，朋友的反对，老板的挽留，都没能让他改变主意。他毫不犹豫地辞去了日本著名的三井金属综合研究所副所长兼电池研究中心主任职务，加盟白纸般的国家电投集团氢能公司重新创业。

　　在日本的那些年，他有机会加入日本籍。“我是中国人。我应该属于中国。”他仿佛一直等待着归国创业的这一天。4月20日，他义无反顾，登上了飞机，直抵北京首都国际机场。他饱含深情，写下一首《樱花赋》：樱花以毕生的美丽印证爱的坚贞……但愿有一天……去寻找心灵深处向往的美丽，和心灵执念去抵达的归处……

　　夫人儿子留在日本，他只身一人回到了祖国，寻找心灵深处向往的美丽。国外优裕的工作条件、舒适的生活从此离他远去。他不但把自己逼到了“起跑线”上，而且还成了名副其实的“京漂”。“奔六”的他，从零开始，带领团队踏上了中国氢燃料电池自主创新探索的艰难之旅。他一心扑在“氢”上，家国情怀是他献身祖国氢能事业的不竭动力。

　　回国后不到一个月，国家电投集团氢能科技发展有限公司宣告成立。在他的带领下，专注于燃料电池研发、多应用场景的氢动力系统开发、先进储能技术研究与产品开发等。他心无旁骛，在我国氢能技术自主化和赶超世界先进水平中发挥了领军、骨干和中坚作用。他带领团队攻克了一个又一个难关，研发了集自主材料、部件和整机核心技术为一体的系列产品。

　　彼时，国内氢能技术的研究尚未见起色，缺乏核心零部件和原材料，产业布局零散，整体水平较发达国家有着近20年的差距，集团内外对此前景感到忧虑，也引得质疑声不断。

　　“缺零件就造零件，缺材料就产材料。我回来就是要造中国人自己的燃料电池。”柴茂荣底气十足。他以“能吃苦”为第一标准，在集团内迅速组建了30人团队，详细列出了近700件设备的清单。一场攻坚战，开始了。

　　氢能燃料电池的研发包括催化剂、双极板、膜电极、质子交换膜、碳纸五大关键材料和部件。凭借在催化剂领域多年的工作经验和实力，柴茂荣带领团队在打通催化剂和膜电极产业链时，过程相对顺利。相较之下，对双极板研发的过程就困难得多。

　　车载用高功率双极板技术，一直是我国的短板，各方面性能和国际先进水平相差悬殊。而我国钛资源丰富，柴茂荣决定就地取材，选用钛作为双极板的主要材料。“钛资源虽然丰富，但国产钛材不适合做双极板，因为材料的延展性不够。”因此，柴茂荣带领团队一头扎进冶炼厂，从金属冶炼开始，一炉炉试验，终于炼出了可以压延双极板的钛材，做出了合格的双极板。

　　2018年5月，集团接到了北京冬奥组委的任务，希望能在冬奥会期间使用我国制造的氢能车来保障比赛顺利进行，而氢能车的核心则是氢能燃料电池发动机，这项重要的研发任务交到了柴荣茂的手上。时间紧迫，柴茂荣在研制电池质子交换膜和碳纸的同时，第一时间组建发动机研制团队，跨界机械领域，开始双线推进。

　　为了加快研制速度，柴茂荣干脆把家安在离公司仅500米的地方，每天第一个到，最后一个离开，工作时间不少于18小时。除了吃饭睡觉，他把所有时间和精力都扑在工作上。

　　2019年，他主持研发的空冷燃料电池动力系统使“灵雀-H”无人机在中国商飞试飞成功;研发成功100千瓦燃料电池动力系统，使氢燃料电池客车在宁波成功下线。2020年，他牵头研制的燃料电池电堆及动力系统产品通过强检并正式发市，实现了-30℃低温启动，在高性能、低成本、全自主方面领跑行业，与国际先进产品相媲美;同步研发建设的燃料电池零部件及组装中试线完成调试，现已具备5000台燃料电池电堆的年产能。

　　2020年，改进型发动机“氢腾”正式发布，同年开始建设生产线;2021年4月，“氢腾”亮相博鳌论坛，在平均36℃的高温高湿环境下，出色地完成了各项运载任务……

　　如今，氢腾已实现量产，产能稳定，接到订单3天后便可开始交付，日产量达10台。而氢腾出色的性能数据——电堆额定功率88千瓦，体积功能密度3.2千瓦/升，驱动电机最大功率240千瓦——已达到国际先进水平。柴茂荣用4年没日没夜的投入，追上了20年的差距。

　　为我国氢能产业发展的技术体系建设，他潜心研究，不断探索。他参与制定了国家发改委《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》、科技部“十四五”氢能产业规划、工信部新能源汽车路线图2.0版等技术政策，以及财政部等5部委氢能示范城市群实施细则等，负责了北京市、国家电投集团等多项横纵向科研项目。

　　作为国际知名的燃料电池专家，柴茂荣致力研究并推广燃料电池技术，活跃在燃料电池科技最前沿。其掌握的燃料电池触媒、金属分散等相关技术，处于国际领先水平。过去的5年间，他领衔的团队在清洁能源技术研发和产业项目实施方面取得了一系列突破，包括催化剂、质子膜、碳纸、膜电极、双极板、电堆、系统、空压机以及氢引射器，“氢腾”燃料电池终于实现了全产业链自主化创新……

　　他获得了诸多科技类奖励及荣誉：2020年，获中国汽车工程学会主办的首届“氢能与燃料电池技术创新奖”优秀奖;2021年，当选“2020年度中国能源创新人物”;2021年，获电力工业协会优秀科技工作者奖章，并被全国总工会能源矿山化学冶金学部推选为“大国工匠”。

　氢能未来发展前景可期

　　2022年2月4日，立春，北京冬奥会开幕的日子。延庆赛区大风，索道停运，早上4:30，氢腾大巴整装待发，准备运送人员上山。这种临危受命的节奏，从氢腾大巴进入闭环的第一天起就开始了。赛区一旦出现恶劣天气，可直接低温启动、运行稳定的氢腾大巴总能第一时间赶到，是组织者最信任的选择。

　　在为冬奥会服务的52天里，国家电投集团共投入了200辆氢腾大巴(其中50辆备用)，出动6842车次，接送150413人次，运行793000公里，减少碳排放550吨，零故障、零事故地完成了所有运行任务。

　　在闭环外随时待命的柴茂荣，时刻关注氢腾的动态，更为氢能源车的出色表现而自豪。他说：“冬奥会创造了有史以来几个第一：第一次逾千辆燃料电池汽车集中运行;第一次在大型国际赛会上大规模使用氢能燃料电池汽车作为主运力;第一次国产自主化技术和国际一流品牌在同一赛道竞争;第一次新能源汽车在严寒冬天野外场地进行长达数月(包括热身赛)的服务。”与氢能研究相随30余年，柴茂荣在祖国看到了氢腾山巅。

　　据柴茂荣介绍，在交通运输领域，氢能用途很广。日本的燃料电车乘用车，充电3分钟能够跑1000多公里，冬天跑得更远。他认为，我国需要先大力发展乘用车，从发展乘用车做起;只有把乘用车发展起来，量才能上去，成本才能降下来。燃料电池汽车，乘用车是绕不开的路，因为它具备了电动车的电子化和燃油车的逆变器，等于前面是电动车，后面是燃油车，是这样一套装置，所以它具备燃油车的高安全性、低成本和加“氢”速度快的优点，又有电动车的可靠性和长寿命、高环境适应性这些条件，从零下40℃到零上60℃，整个工作范围非常广，而且加速性、启动性非常快，这就是最大的特点。柴茂荣建议，我国应该加快放开乘用车市场，通过规模化降成本和技术迭代，提高安全性、可靠性，这是非常重要的一点。

　　相对于锂电池车，燃料电池车优势非常明显。首先，整个车体的重量比锂电池车轻了五六百公斤，一个电池大概是50~60公斤，同样的电池锂电池比较轻。另外速度加速性和电动车相当，续航距离是电动车的两倍以上，加氢速度仅为两、三分钟，所以这些都是燃料电池的优势。从成本来讲，燃料电池车并不贵，在国外，燃料电池车的成本已经做到跟电动车差不多了。

　　2021年，我国氢能就已经开始逐渐扩大，2022年冬奥会以后我国发布了燃料电池车示范通知，现有5个燃料电池汽车示范应用城市群，共涵盖47座城市。第一批是北京、上海、广东。第二批是河北、河南，而且对燃料电池里面关键卡脖子的“八大件”(电堆、膜电极、双极板、质子交换膜、催化剂、碳纸、空气压缩机、氢气循环系统)都有补贴。我国想以2022年冬奥会为契机，开发一批燃料电池车，整体来讲非常惨淡。现在两年了，总共销了大约5000辆。下一步，只有一个办法，把乘用车市场放开。

　　我国交通前景将以重卡、公交为突破口，建立“柴”改“氢”的工业示范，布局加氢站，扩大氢能的利用规模，逐步拓展到乘用车领域，而且在船舶方面要开发新用途。

　　氢气因燃烧过程中不会排放温室气体，而被认为是未来重要的能源形式。国际可再生能源署(IRENA)预测，到2050年，氢能将满足全球12%的能源需求。电解水是目前主流的低碳制氢路线之一，根据电的来源，可分为常规电制氢和可再生电力制氢。

　　柴茂荣预测，2060年前后中国的能源消费总量将比当前增加20%至30%，届时除电力外，氢能、热能也会是主要的能源供应来源。

　　毕马威研报显示，近年中国氢气年产能为3300万吨左右，60%以上来自于煤制氢。通过电解水等低碳路线生产的氢，其产量占比仅为1%。而在应用端，由于目前制氢、储氢的成本较高，氢能的使用范围较窄，应用仍处于起步阶段。

　　柴茂荣认为，中国氢能发展的第一步是在10年到15年内把氢的应用链打通，提高氢能利用的经济性。他在新疆、内蒙古等地留意到，当地生产出的氢很多运不出去，原因就在于厂商只考虑了制氢，没有考虑到下游的应用场景。第二步是把减碳作为目标，再用10年至15年的时间投资研发可再生电力制氢、热解制氢、光催化制氢等绿氢制取技术，降低这些技术路线的成本。第三步是以碳中和为目标，以整体性的视角规划中国新的能源体系，在适宜布局氢能的区域、产业进行相应的投资。

　　柴茂荣指出，目前中国在氢能普及度上落后于日本、德国，未来衡量中国氢能是否普及的标志就是看氢能乘用车是否获得较大的市场，原因在于氢能车续航距离远、氢的成本将比油低。

　　“我们与日本、德国就差‘一辆车’的距离，只要哪天中国人用上氢能小轿车了，就说明氢能开始普及了。” 柴茂荣说道。

　　如今，柴茂荣潜心研究，不断探索，为我国氢能产业发展的技术体系建设做出积极贡献。他参与制定了科技部十四五氢能产业规划、工信部新能源汽车路线图2.0版等技术政策，负责了北京市、国家电投集田等多项横纵向科研项目，为氢能公司始终保持技术领先地位提供源动力。他在燃料电池及催化材料等相关领域发表论文50余篇，专利70余部。在推动技木发展的同时，他培养了一批氢能与燃料电池行业技术骨干，完善了氢能公司的技术人才梯队。

　　《小康》·中国小康网 　作者：郭煦