獨家對話張深根:中國新材料要做個“力量型的大個子”丨思想派

巴裏 創業邦 2021-04-14 20:01:00 文章原文

作者丨巴里
编辑丨子钺
题图丨图虫


碳中和、国产替代、制造业升级等等,对于中国的新材料产业来说,现在正迎来最好的发展时机。

张深根教授早在十五年前就开始从事材料循环利用技术的科研工作。让人意想不到的是,他所从事的研究项目不仅是一门苦差事,更是一个地球保护者的工作。

他曾孤身一人潜入到世界知名的电子垃圾集散地—广东贵屿,深入一线,亲历了野蛮拆解等早期落后的回收方式。但他没有退缩,迎难而上,研发出具有自主知识产权的产业化技术,帮助当地建成了国内最大的再生贵金属产线,将电子垃圾变废为宝,产生了巨大经济、社会和环保效益。

日前,创业邦对北京科技大学新材料技术研究院副院长张深根教授进行了独家对话,带你了解他的科研故事以及他对新材料行业的最新解读。

那么,材料行业为什么如此重要?什么又是新材料呢?

可以说,材料是人类生活和生产的物质基础,是人类认识自然和改造自然的工具。人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等,由此可见材料的重要性,可谓是没有材料就没有如今的人类文明。

所谓的新材料是相对传统材料来说的。新材料领域很广,除了传统的天然材料,都可泛称为新材料。新材料是先进制造的基础,也是制造强国的基础。

比如,高温合金与功能涂层材料是航空发动机的关键支撑,电子化学品是集成电路制造不可或缺的材料,高强轻型合金等是大飞机等高端装备的基础,新型电池材料决定着新能源汽车的续航能力和快充时效。

一种新材料的突破,往往预示着一个领域的技术革命,新材料的进步与突破直接关系着我国战略产业的发展。

过去十年,也是中国新材料崛起的十年。目前,全球化学及材料的总规模为3.8万亿美元,中国占到了37%的份额,达到1.4万亿美元,这意味着中国已经成为全球最大的化学和材料生产基地、消费基地。

张深根教授对创业邦说,体量虽大但并不代表着强大,最重要的是要做一个“力量型的大个子”。与发达国家相比,我国新材料产业还存在较大差距,主要表现为原创性的核心的知识产权较少,关键技术和装备受制于人较多。

这“一少一多”的现状,在中美博弈中表现得刻骨铭心。同时,基于历史思维,张深根教授坚信中国一定会成为世界科技中心。

北京科技大学新材料技术研究院副院长 张深根教授


孤身深入电子垃圾集散地
探索绿色资源化解决方案

张深根攻读的博士学位论文方向是稀土磁性材料。1998年,他从中南工业大学(现中南大学)博士毕业后,入职北京有色金属研究总院,主要从事稀土永磁材料研发及产业化,攻克了快冷厚带产业化关键技术,将我国烧结钕铁硼产业化技术水平提升到国际先进。

2004年,他调入北京科技大学工作后,开始专注在材料循环利用技术领域。张深根从天、地、人三者和谐发展的大尺度出发,经一年半深思熟虑后,选定了电子垃圾资源化这一难题作为研发方向。

2006年9月,张深根曾孤身一人深入到世界知名的电子垃圾集散地的广东省贵屿镇调研。调研过程中,深入到农民的家庭作坊、偏僻的山沟,亲眼目睹了那一幕幕野蛮拆解、一股股富含剧毒氰化物的废水、一团团刺鼻的浓烟……这些对环境造成的危害,对居民造成的伤害,都深深地刺痛了他的心。

回到北京后,张深根教授一直在思考,如何绿色高效处置电子垃圾,变废为宝,实现经济和环境和谐发展?他认定一个科研理念:造成的环境污染、资源浪费,就是技术不行!于是,两个月后,他又南下贵屿镇。这次调研,他找到了制约电子垃圾绿色资源化最关键之处——废旧电路板绿色资源化。

因为废旧电路板电子元器件都可以手工拆解、分选、再利用,剩下的“裸板”,再也无法进行手工拆解,于是采用“王水”将贵金属溶解,然后氰化钠萃取贵金属,剩下的“裸板”再用冲天炉冶炼得到黑铜阳极板,产生了大量二噁英,造成极大的环境污染和资源浪费。

为了攻克绿色回收废旧电路板中战略性贵金属和铜的难题,张深根教授思考其中的关键科技问题,提出了电子垃圾绿色资源化整体解决思路,这在当时也获得了广东省教育部产学研合作重大项目的支持。

张深根教授深入一线调研,结合当地实际情况,提出了一套有别于比利时优美科公司的工艺方案,组建了一支以北京科技大学为技术核心的、企业工程技术人员和再生行业管理人员参加的产学研合作团队,完成了实验室原理实验、小试、工程验证和产业应用全链条的研发工作,其中的艰辛可想而知。

为了将实验室成果进行工程化验证,张深根教授在每一次工程试验前,都充分设计好方案,做好各种风险预判和预案;试验中不放过任何一个细节、任何一个数据,全程记录;试验后,分析总结。

经过多次工程试验,终于得到产业化方案。产业化过程是最艰辛的,涉及多个政府部门和各种手续。

张深根回忆说,印象最深刻的两次,一次是环评;另一次是联动试车。

当时合作企业决定依托本项目技术成果进行产业化,首先面临的就是环评。张深根带领团队,将整个工艺流程进行详细编制,阐明工艺原理、设备选型及优化、计算能耗物耗、分析物料平衡、测算污染物排放强度、排放浓度,确定年度排放总量等。

整个环评历时半年以上,他经常带领企业技术人员通宵达旦地工作。功夫不负有心人,终于在2012年通过了严格的环评。企业也快马加鞭,仅用一年半时间就建成了一座现代化绿色工厂。

如今,这家企业已经成为我国再生贵金属最大企业,也是该领域世界性标杆企业,建成了国内最大的再生贵金属产线,三年新增销售42.78亿元、新增利润7.32亿元,减少采矿5235万吨、节能60.6万吨标煤、碳减排213.9万吨、节水1.16亿吨。

而这仅仅是其中的一个案例,其他的产学研合作的例子还有不少。

带队做项目时的张深根教授


中国新材料要做个
“力量型的大个子”

张深根教授十五年来所主导的材料循环利用,顺应了国家所提出的“30·60目标”。

9月22日,在第75届联合国大会期间,中国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。这就是我国的“30·60目标”。“7+1”行业正在制定碳达峰路线图,初步形成了共识,认为二次资源综合利用是碳减排的重要手段之一。

张深根教授说,我国再生金属行业起步晚,但发展很快,技术、装备和产业规模均得到了飞速发展,目前已经处于该领域的第一方阵,不少方面处于国际领先。接下来,材料循环利用领域还应继续加大科技投入,加强多学科融合,充分利用最新IT技术,彻底解决全过程结构性缺陷。同时,注重国际标准和国际专利等方面的工作,提供中国版的技术和标准体系。

实施碳达峰碳中和政策,对我国将产生极其深远的影响。对新材料领域来说,产业转型升级将大大提速,高技术企业将得到迅猛发展,单位GDP排放将作为评价指标。

众所周知,再生材料能够极大地减少物耗、能耗和污染物排放。比如,张深根团队研发的战略性金属再生和废杂铝再生目标成分铝合金等技术,节能减排能够达到90%以上,这也正是在践行碳达峰、碳中和政策。

过去十年,全球新材料产业的格局变化巨大,主要是因为中国新材料的崛起。目前,全球化学及材料的总规模为3.8万亿美元,其中我国的市场份额占37%,达到1.4万亿美元,这意味着中国已经成为全球最大的化学和材料生产基地、消费基地。

这得益于我国制造业的产业升级,大公司们势必要培养国产的供应链,新材料的需求将会得到大幅增长。与传统材料相比,新材料具有更为优异的性能和更高的性价比,已经成为不少制造企业原料的重要来源。

张深根教授指出,我国新材料产业市场规模高速发展是历史的必然。但同时,体量大不一定强大,要真正做一个“力量型的大个子”。

首当其冲就需要加强知识产权的保护。如果对知识产权侵权案件听之任之,必然会降低科研工作者和企业的积极性。其次,建立科学合理的评价体系,激发人才创新创业的活力尤为重要。最后,还需要建立公平合理的营商环境,做到真正的公平透明。


高投入、周期长的新材料
不再坐冷板凳

虽然新材料这一战略新兴行业有着巨大潜力,但在过去很长一段时间,相关的投资机构数量并不多,没有把新材料作为一个核心方向,其根本原因有三点。一是新材料的投资门槛高、周期长,对一般基金来说压力相对更大。

《Nature Materials》上一项关于新材料商业化的研究表明,新材料技术实现商业化的时间平均十年以上,远长于软件技术;新材料技术实现商业化的R&D开销约为软件技术的数倍到数十倍,也远非普通风险投资机构所能承担。

其次,新材料企业处于产业链上游,远离终端消费者,很难得到市场的直接反馈,在商业应用之前往往还需要其他技术的跟进等等,这些都会造成新材料市场高度的不确定性,投资机构准确预测市场的难度极大。

最后,新材料技术的产业化之路困难重重,管理风险不容小觑。从小试到中试到最终量产,对生产设备的要求存在量级的差异,任何步骤出现问题都可能会导致较大偏差。

因此,新材料创业存在着较大的技术风险、市场风险和管理风险,对风险投资机构的专业知识储备、行业研究能力、市场趋势预判能力等提出了非常高的要求。

不过近两年,随着新材料行业也进入到发展的快车道。2019年科创板推出,明确指出要重点扶持信息产业、生物医药、新材料等六大领域,除了新材料以外,其它领域都需要新材料的支持,因此新材料具有至关重要的地位。

如今,已有不少投资机构愈加看到新材料赛道的巨大价值。

有投资人就曾举了个例子:以前新材料的创新类企业过去相对比较难获得下游的应用机会,因为“即使是中国的企业,也会在全球范围内去购买最好的材料产品”。但随着外部环境的变化,培养自己的国内供应商已经逐渐成为很多大企业的选择,例如华为、华星光电、京东方等头部公司。

张深根教授谈到,资本的选择无可非议,但应当明白在互联网等现代技术融合是新材料发展的重要方向,新材料的突破往往能带来下一场革命。因此,大投入且回报周期长的新材料领域同时也可能是高回报的领域。

对于新材料企业来说,则应该保持自己的核心技术的领先性,同时结合市场需求不断进行创新,以保证适应市场变化,将科研成果转化为高收益的实际产品。以高回报吸引资本进行大量持续的投入,推动新技术、新材料、新产品的研发与生产,形成良性循环。

“高校的核心优势在于创新和研发,企业的核心优势在于产品化和产业化,而资本是连接这两部分的重要枢纽。”张深根教授认为,这三方应当发挥各自的优势进行合作。

一方面,高校与企业之间要有足够的信任度,同时,高校的研究方向要与企业的发展领域高度契合,由企业紧贴市场提出需求,由高校发挥创新的优势进行研发与优化;

另一方面要有足够的资金支持,由资本助力推动产品产业化生产,与科研院所、企业合作将科技成果转化为特定产品推向市场,真正做到产学研用协同创新。

张深根教授与学生


产业化往往卡在了
“从研发到工程化”的路上

在产学研结合的过程中,人才培养如何满足企业实际的发展需求,科学研究和企业发展的矛盾如何解决等都是老大难问题。

“人才培养要接地气,应以知识落地及技术产业化为培养方向”,张深根说。人才培养要想满足企业实际的发展需求,应当立足行业,扎根专业,因材施教、各尽所长。

他介绍说,国外在人才培养方面较为注重复合创新型人才。同时,注重将创新能力的培养深入到教育的全过程中,从小抓起,贯穿每个学生整体的教育阶段。这往往能够符合企业对于创新型人才的需求,同时也有助于培养出真正有竞争力的人才,真正能够为企业带来高价值的人才。

值得注意的是,国外普遍较为注重人才的“个性化”培养,这也与张深根教授的“因材施教,各尽所长”比较相像,注重发挥学生个人的主观能动性,为企业创造新的价值。

那么,科学研究和企业发展的矛盾应该如何解决呢?

科学研究尤其是新材料领域的基础研究往往具有高风险、高投入及长周期的性质,这往往和企业的短期利益相冲突和矛盾。

张深根教授认为,企业要想持续发展,必须持续创新,在技术和产品上都要创新,不仅要对已有的工艺及产品进行改进、改造,更要重视原始创新,研发新技术、新产品。

企业在追求短期效益、快速增长的同时,应当将目光放得长远,关注自身行业的发展方向。他建议,企业可以和科研院所等进行合作研发,将科学研究和企业的各自优势结合起来,以科技创新带动企业发展。

据介绍,科技成果转化及产业化有四大主要环节:创意、研发、工程化和产业化。创意和研发过程是高校所具备的优势环节,而工程化和产业化是企业或者是产业所具备的优势环节。

张深根指出,尚未产业化的存量科技成果已经基本完成了创意和研发的环节,现在主要解决的是工程化和产业化问题,其关键点就在于要打通研发到工程化的环节。

因此,要想实现突破首先要有领先的核心技术,其次要建立问题导向的研究过程,找准市场定位与需求,真正做出接地气的产品与功能。最后要选择行业内有责任担当的企业,借助企业优势完成最终的产业化



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