潘復(fù)生院士暢談“鎂”夢(mèng)：從“千家萬(wàn)戶”到“千山萬(wàn)水”

本刊記者 張小紅｜文

“雙碳”目標(biāo)是黨中央基于對(duì)推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的國(guó)際擔(dān)當(dāng)、對(duì)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的深思熟慮而作出的重大戰(zhàn)略決策。潘復(fù)生院士指出，節(jié)能減排和能源轉(zhuǎn)型是保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)最重要的基本路徑，鎂行業(yè)有機(jī)會(huì)在這兩方面探索顛覆性途徑。

“30年前，當(dāng)我們開始做鎂合金汽車零部件的時(shí)候，目標(biāo)是讓鎂走進(jìn)千家萬(wàn)戶。5年之后，有50%～60%的汽車開始用鎂的零部件了。今天，在‘雙碳’目標(biāo)的大背景下，鎂產(chǎn)業(yè)更是遇到了千載難逢的發(fā)展機(jī)會(huì)，希望通過大家的共同努力，讓鎂產(chǎn)品走進(jìn)千山萬(wàn)水！”

因看好鎂在輕量化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用，中國(guó)工程院院士、國(guó)家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心名譽(yù)主任潘復(fù)生在接受本刊記者采訪時(shí)暢談未來(lái)“鎂”夢(mèng)，他表示，鎂材料應(yīng)用潛力巨大，對(duì)解決世界三大難題（資源危機(jī)、環(huán)境污染、能源危機(jī)）有重要意義，金屬鎂很有可能成為下一個(gè)時(shí)代最重要的甚至是標(biāo)志性的材料之一。

鎂基材料在節(jié)能減排中大有可為

鎂在汽車上的應(yīng)用

“雙碳”目標(biāo)是黨中央基于對(duì)推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的國(guó)際擔(dān)當(dāng)、對(duì)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的深思熟慮而作出的重大戰(zhàn)略決策。潘復(fù)生指出，節(jié)能減排和能源轉(zhuǎn)型是保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)最重要的基本路徑，鎂行業(yè)有機(jī)會(huì)在這兩方面探索顛覆性途徑。

在節(jié)能減排方面，潘復(fù)生表示，長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)工業(yè)做出了諸多努力，大多數(shù)已經(jīng)走到極限，未來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排最有效的途徑之一就是輕量化，而如何實(shí)現(xiàn)輕量化，就跟鎂產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。他以汽車輕量化為例作出了剖析。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的途徑主要有兩條：一是輕量化材料，使用比強(qiáng)度更高或密度更小的高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料，替代傳統(tǒng)普通鋼結(jié)構(gòu)；二是輕量化設(shè)計(jì)，通過開發(fā)全新的汽車架構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化，甚至優(yōu)化車身零部件數(shù)量、縮小零部件尺寸等。

“鎂合金是目前最有效也是最環(huán)保的輕量化材料?！迸藦?fù)生介紹，首先，鎂有非常好的性能潛力，其比強(qiáng)度高于鋼鐵、鋁合金、鈦合金，是很好的節(jié)能減排材料和綠色材料；其次，中國(guó)鎂礦資源非常豐富，占世界鎂礦資源的70%以上，儲(chǔ)量產(chǎn)量均居世界第一；再次，當(dāng)前解決鎂合金性能缺點(diǎn)方面已有重要突破，鎂合金比強(qiáng)度大幅度提升，壓鑄件成本跟鋁合金接近，未來(lái)有可能比鋁合金低?！爸袊?guó)既有最好的資源保障，也有最好的技術(shù)保障?！迸藦?fù)生說。

據(jù)悉，在汽車應(yīng)用方面，現(xiàn)已開發(fā)出幾十種汽車鎂合金零部件，包括方向盤骨架、儀表盤支架、中控支架、顯示屏支架、空調(diào)支架、座椅座盆骨架、車門骨架、變速箱殼體、轉(zhuǎn)向鎖、電池箱等，其中鎂合金方向盤骨架已在80%以上的汽車中得到應(yīng)用，儀表盤支架、中控支架、顯示屏支架、空調(diào)支架等大尺寸鎂合金零部件已在高端品牌汽車上大規(guī)模應(yīng)用。“汽車用鎂合金零部件大范圍推廣還有極大潛力，單車應(yīng)用量可以在當(dāng)前基礎(chǔ)上增加20～30公斤；大規(guī)格構(gòu)件一體化鑄造正在發(fā)展中，一旦成功應(yīng)用，單車應(yīng)用量可以超過100公斤，市場(chǎng)需求量可達(dá)萬(wàn)億元。”潘復(fù)生說。

潘復(fù)生進(jìn)一步表示，汽車大型構(gòu)件一體化制造是全球汽車工業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向，應(yīng)用鎂合金可以減重10%～20%，降低能耗10%以上。重慶美利信科技股份有限公司8800 噸壓鑄機(jī)是世界最大的投入運(yùn)行的壓鑄機(jī)，遠(yuǎn)超過特斯拉壓鑄機(jī)噸位，對(duì)汽車一體化制造的意義重大。重慶大學(xué)與美利信公司已開始合作試生產(chǎn)，對(duì)汽車行業(yè)輕量化將產(chǎn)生重要影響。

潘復(fù)生強(qiáng)調(diào)，每一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)制造業(yè)，都會(huì)蘊(yùn)含一些特色技術(shù)，而輕量化可能是未來(lái)中國(guó)制造業(yè)在國(guó)際上最有特色的領(lǐng)域之一。從產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)角度而言，鎂作為最有潛力的輕量化材料之一，對(duì)提升我國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。

鎂基材料在能源轉(zhuǎn)型中極具潛力

和節(jié)能減排一樣，能源轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵之一，而能源轉(zhuǎn)型的主要方式是大規(guī)模應(yīng)用可再生能源。由于風(fēng)電、光電等可再生能源的不穩(wěn)定性，無(wú)法大規(guī)模并網(wǎng)，導(dǎo)致裝機(jī)容量大幅增長(zhǎng)的同時(shí)，使用效率卻降低，低谷期電力浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。因此，選擇一種低成本、安全可靠的儲(chǔ)能技術(shù)，是當(dāng)務(wù)之急。潘復(fù)生提出，相比于鋰，鎂基儲(chǔ)能材料具有資源儲(chǔ)量豐富、成本低和安全性能高的優(yōu)勢(shì)，是極具潛力的新一代儲(chǔ)能材料?！版V既是高效、安全的儲(chǔ)氫材料，也是環(huán)保高密度的安全電池材料?！迸藦?fù)生說。

在能源轉(zhuǎn)型中，氫能源被廣泛認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，但氫氣的?chǔ)存運(yùn)輸是當(dāng)前氫能發(fā)展的剛性瓶頸。氫難以常溫常壓儲(chǔ)存，目前儲(chǔ)存使用的是高壓氣瓶或是低溫液態(tài)，均難以保證安全。潘復(fù)生指出，鎂是所有固態(tài)儲(chǔ)氫材料中，儲(chǔ)氫密度最高的金屬材料，達(dá)到氣態(tài)氫密度的1000 倍，液態(tài)氫的1.5倍；鎂儲(chǔ)氫還可以純化氫氣，提純后純度可達(dá)99.9999%，實(shí)現(xiàn)灰氫、藍(lán)氫向綠氫轉(zhuǎn)變；同時(shí)，由于鎂儲(chǔ)氫是常溫常壓，可大幅降低成本，且安全性也遠(yuǎn)高于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫。

潘復(fù)生表示，近幾年鎂基儲(chǔ)氫的論文篇幅明顯增多，部分技術(shù)問題正在被攻克，已走在工程化的前沿?！皟?chǔ)氫技術(shù)一旦突破并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，將從根本上改變傳統(tǒng)儲(chǔ)能問題，對(duì)能源轉(zhuǎn)型特別是對(duì)氫能戰(zhàn)略的實(shí)施意義重大?！迸藦?fù)生說。

鋰電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池，但存在資源極度短缺、安全性差等問題。相比而言，鎂電池成本低、安全性高、燃料密度與鋰電池相當(dāng)，業(yè)內(nèi)認(rèn)為鎂電池有可能成為電池領(lǐng)域的顛覆者。例如，作為負(fù)極來(lái)說，鎂電池是現(xiàn)在商用鋰電池負(fù)極的6倍。

“鎂離子電池發(fā)展的時(shí)間相對(duì)較短?！迸藦?fù)生表示，“我們做了很多鎂產(chǎn)業(yè)化的前期工作，例如負(fù)極材料、電解液、正極材料等多領(lǐng)域多角度研究。特別是正極材料，燃料密度可以超過每公斤500萬(wàn)千瓦時(shí)，而成本只有目前磷酸鐵鋰的一半左右。2022年，我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種低成本、高電壓、長(zhǎng)壽命的鎂電池正極材料，循環(huán)壽命可達(dá)到1萬(wàn)次。下一步，我們將開展鎂基材料加氫站、運(yùn)氫車、純化儲(chǔ)氫一體化、分布式儲(chǔ)能、動(dòng)力電池五方面示范研究?！?/p>

在潘復(fù)生看來(lái)，鎂合金作為一種綠色金屬材料，其實(shí)非常有“錢”景。鎂的成本只有鋰的二十五分之一左右，有望替代目前大范圍使用的鋰電池?！版V領(lǐng)域技術(shù)一旦成熟，將帶領(lǐng)鎂產(chǎn)業(yè)由目前的百億級(jí)市場(chǎng)直接升級(jí)為萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)?！?/p>

采訪時(shí)，潘復(fù)生還提到了近年來(lái)鎂在建筑模板、家具、土壤修復(fù)、生物材料等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。鑒于鎂及鎂合金材料的顯著優(yōu)勢(shì)及廣泛應(yīng)用前景，我國(guó)對(duì)鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展高度重視，國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃和規(guī)劃中多處涉及加快鎂合金產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用，全球鎂及鎂合金研究也在近年呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)，“國(guó)際鎂協(xié)每個(gè)月都希望跟我們交流，歐盟也希望中國(guó)保證鎂產(chǎn)品供應(yīng)。世界鎂行業(yè)發(fā)展離不開中國(guó)?！迸藦?fù)生表示，目前，鎂合金的世界研究已經(jīng)從美國(guó)轉(zhuǎn)向中國(guó)，中國(guó)成為世界最大的生產(chǎn)大國(guó)、應(yīng)用大國(guó)和研究大國(guó)，在鎂合金研究領(lǐng)域掌握重要話語(yǔ)權(quán)。

作為鎂合金國(guó)際刊物主編、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織“鎂合金技術(shù)委員會(huì)”主席，潘復(fù)生早在2007年就牽頭組建了重慶大學(xué)國(guó)家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心，組建了一支在國(guó)際上有重要影響的科研團(tuán)隊(duì)。在他的帶領(lǐng)下，該中心已經(jīng)成長(zhǎng)為全球最大的鎂合金研究中心，在推動(dòng)我國(guó)鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，今天，潘復(fù)生希望更多的人加入這個(gè)團(tuán)隊(duì)，為實(shí)現(xiàn)“鎂”夢(mèng)不斷努力！