在北京知春路的一座普通辦公樓里,藏著一個能夠創造“宇宙級低溫”的辦公室。這里研發的“超級冰柜”,能為量子計算機、火箭燃料、核聚變裝置提供接近絕對零度的極端環境。
從中科院實驗室走出的企業中科富海,自2016年成立以來,已完成從技術追趕到自主創新,成為低溫裝備制造領域當之無愧的“獨角獸”。
從零到一:中國超低溫裝備的逆襲之路
可以在-253℃的極寒中持續工作,甚至能逼近-273℃的極限低溫——這種被稱為“超級低溫工廠”的大型制冷裝備,不僅需要實現從百瓦到萬瓦級的穩定制冷能力,更要保證在極端環境下長期可靠運行。正是這種挑戰物理極限的能力,讓大型超低溫制冷裝備成為支撐前沿科技發展的關鍵基礎設施,廣泛應用于大科學裝置、航天發射、氫能儲運、氦資源提取、量子計算等國家安全和戰略高技術領域。
成立于2016年的中科富海,讓“超級低溫工廠”實現了中國造,形成了從技術研發、工程示范到產業應用的完整鏈條。
突破的背后,是一段跨越半個世紀的接力傳承。從空調的“普冷”到低溫泵的“深冷”,再到如今的“超低溫”,中國低溫技術的每一次躍升,都凝聚著幾代科研人的智慧和汗水。
“從上世紀50年代開始,中科院的老一輩科學家就為我國的低溫研究奠定了堅實基礎。沒有前人的積累,就不會有今天的突破?!敝锌聘缓6麻L張彥奇言語中充滿敬意。
技術突破初期的艱難也是超出想象,首臺10kW@20K大型低溫制冷系統的研制堪稱“從零開始”。
“其實每降低1K,難度都是幾何級增長。關鍵系統都需要重新設計,關鍵部件也要升級,研發難度隨之指數級增加?!睆垙┢鎸τ浾吲e例稱,就拿氦液化裝置制冷的關鍵部件透平膨脹機來說,它的內部系統十分復雜,轉速達十幾萬轉/分鐘,但軸承間隙要控制在頭發絲的十分之一,在超低溫下還要保持穩定,“即便能買來機器也買不來技術,從理論計算開始,到材料設計、加工制造、系統控制,最終形成一套完整的控制策略,全要靠自己一點點摸索?!?/p>
“當時在中科院理化所廊坊的中試基地,為了在規定的時間內完成整機調試任務,那時候的中心主任龔領會研究員雖然已經50多歲,仍然帶著團隊的年輕人,連續三個月在車間打地鋪?!睆垙┢婊貞浾f,設備開機后,一個微米級的泄漏就會導致整機停機,必須24小時盯著數據。
如今,從超導加速器到航天器地面試驗,再到先進光源、聚變實驗堆,越來越多的國家重大工程用上了我國自主研制的大型低溫制冷裝備?!艾F在,我們整套低溫制冷設備系統90%以上實現了國產自主研發?!睆垙┢孀院赖卣f,中科富海是國際上少數幾家能夠做到-271℃低溫工業化技術的企業,在國內新增低溫項目中,擁有80%以上的市場占有率。
就在今年3月,中科富海聯合中科院理化所等9家單位,成功建設首條民用液氫制儲運用全產業鏈示范工程,有效解決了氫能大規模、低成本、長距離儲運瓶頸問題,可最大限度滿足在交通、半導體、電池等領域的應用。
“兩條腿”走路:創新模式下的快速發展
不同于以往先實驗室突破、再中試、再產業化的成果轉化路徑,中科富海在裝備研制過程中探索采用“邊研究、邊轉化”的發展模式。
“針對大型低溫制冷裝備應用性強、產業需求迫切的特點,我們始終堅持‘兩條腿’走路?!粭l腿’搞技術突破,保持行業領先,‘一條腿’開拓市場,加速成果轉化。兩者優勢互補,縮短了成果轉化周期,提升了我國低溫產業的水平?!睆垙┢鎸τ浾弑硎?。
“服務國家戰略是‘本分’,實現商業價值是‘本能’?!痹趶垙┢婵磥?,企業活下去,活得好,除了在技術和產品創新上堅持長期主義,更要在商業化的道路上不斷“造血”,“所以我們始終堅持不依賴國家政府項目,持續拓展工程和產業化應用,再用收入反哺研發,這樣才能形成良性循環?!?/p>
伴隨“邊研發、邊轉化”模式持續發力,近年來中科富海多次迎來高光時刻。2020年,中科富海自主研發的BOG提氦裝置從天然氣中提取出99.9999%的高純氦氣,在國內首次實現BOG提取液氦的示范運行,取得里程碑式突破,填補了國內空白。2022年,中科富海自主研發的大型氦制冷裝備850W@4.5K氦制冷機通過現場測試驗收。目前,該裝備已在南方光源研究測試平臺項目中穩定運行超過10000小時,有力保障了該平臺各項實驗的順利開展,為國之重器提供了低溫環境保障。
實力領跑的背后是內外協同發力的結果。向內看,中科富海擁有“大院大所”出身的強技術背景人才梯隊,以及領先技術帶來的廣闊市場;向外看,“耐心政府+耐心資本”也為企業可持續發展提供了可靠、穩定的資源支持。
“國有資本的多輪融資、以及銀行信貸都為我們的科研和發展提供了很大支持?!睆垙┢姹硎?,有了資金的支持,中科富海每年研發投入平均5000萬元以上,同時還進一步強化了在綠色氫能、電子特氣、綠色氣體領域業務布局,持續提升生產裝備和氣體的規模和能力,在自身產業鏈之上持續創新。
串珠成鏈:打造超低溫設備產業生態
在鄂爾多斯建立BOG提氦示范工廠;在安徽阜陽建設高純稀有氣體工廠和大型液氫工廠;在廣東建設低溫裝備制造基地與儲運裝備制造基地。放眼海外,馬來西亞深冷空分EPCC、美國深冷空分EPS項目順利實施,為全球客戶提供優質的產品和服務。
實際上,中科富海的視野早已超越單一產品,而是構建一個完整的超低溫產業生態,并帶動產業鏈上下游發展。
“發展到今天,我們除了在北京總部設立研發基地與業務開發中心,還在全國各地成立了包括中科富海(杭州)氣體工程公司、中科富海(中山)低溫裝備制造基地等20余家分子公司機構?!睆垙┢姹硎?,通過20余家配套企業協同創新、核心技術攻關,中科富海成功推動我國高端氦螺桿壓縮機、透平膨脹機、低溫換熱器和低溫閥門等行業生態的快速發展,提高了一批高科技制造企業的核心競爭力,使相關技術實現了從無到有、從低端到高端的提升,在我國初步形成了功能齊全、分工明確的低溫產業群。
低溫制冷技術研究沒有終點。談到未來規劃,張彥奇表示,當前,中科富海已具備系列化的千瓦級大型低溫制冷機研發制造能力,產品性能達到國際先進水平。展望未來,低溫制冷技術將在量子計算、人工智能、低空經濟、綠色能源等領域發揮重要作用,中科富海始終秉承“實現國家戰略領域所需低溫關鍵技術和裝備自主可控”這一初心和使命,不斷求新、求變、求索。