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盐湖的“镁”经济潜力无穷!
镁是地球上最丰富的金属元素之一,既有重要的工业价值,又可实现能源的循环利用,被誉为“21 世纪最具开发应用潜力、绿色的战略性原材料”。“镁经济”是基于燃料电池关键技术的自主创新而构建起来的绿色循环经济及与其密切关联的现代产业集群。它既为可再生能源的储能消纳、工业废弃物的综合利用提供了清洁安全高效的解决方案,又为发展高端制造提供重要基础材料,开创了质优价廉的工业化来源。更为重要的是,“镁经济”对众多产业升级的带动和未来新兴产业的培育,及其中蕴含的前沿科技交叉融合、多点突破,为我国在激烈的国际竞争中开辟发展新领域新赛道、赢得发展主动权制高点,提供了难得机遇。
“镁经济”是新能源与新材料相融合的绿色循环经济“镁经济”简而言之是以镁为循环介质,同时实现新能源和新材料两大产业的绿色循环、优势整合,其核心产业链是:以东部沿海/西部盐湖大量堆积、难以处理的盐场废弃物苦卤为原料,以风光电为能源,先经电解工艺制取金属镁,再通过镁燃料电池发电,最终产物除了清洁稳定的电能外,就是极具经济价值、粒度在纳米级、纯度高达 99.5%~99.95% 的氧化镁(以下简称“超纯超细氧化镁”),全过程没有工业三废和二氧化碳排放。镁经济”对我国制造业升级有重大深远影响
工业产品追根溯源,最重要的支撑就是基础材料。没有尖端的基础材料,高端产品就是无源之水。高纯氧化镁正是高端制造业所必需的尖端基础材料之一。
高纯氧化镁因能在 2850℃高温下具有优良的热稳定性、抗侵蚀性、电绝缘性、光透过性、高导热性、高分散性和纳米活性,作为高温耐热材料和精细化工原料被广泛用于冶金陶瓷、石油化工、电子电器、光学仪表、国防航空、食品医药等高端制造领域。氧化镁的纯度和粒度不同,所生产的产品就有高下之分。比如,硅钢片涂层是决定硅钢片质量的重要因素,99%纯度的氧化镁是目前最好的涂层原料,日本已用它来取代 98%纯度的氧化镁,因为仅一个百分点的纯度提升,就能显著增强硅钢片的绝缘性能、降低铁芯损耗,使电机、变压器等设备更加安全和节能。
我国是制造大国,但高端产品还比较匮乏,其中一个重要原因是基础材料受限。比常规高纯氧化镁综合性能更优异的超纯超细氧化镁,若在我国实现工业化生产和应用,必将对基础材料的创新和制造产业的升级产生重大深远影响。
“镁经济”核心产业主要包括可再生能源发电、盐化工、镁燃料电池发电、金属镁/镁合金和超纯超细氧化镁制造,其外延产业将涉及冶金陶瓷、航空航天、国防装备、电动汽车、电子电器、光学仪表、食品医药等众多领域。“镁经济”的绿色循环能以经济高效方式构建起来,得益于燃料电池关键技术的一个重大突破。镁燃料电池在军事和民用领域有巨大发展潜力,因为镁资源丰富、能量密度高(理论上约是锂离子电池的 15 倍),不存在回收利用难题、无污染物排放,从生产、使用到储运的全过程及长期储存都是安全的,没有易燃易爆和腐蚀性问题。但是,包括镁燃料电池在内的所有燃料电池都须使用稀有贵金属铂做催化剂, 导致资源受限且成本居高不下。我国科研人员已成功开发出经过特殊设计处理、可完全替代铂的碳基催化剂,使镁燃料电池成本至少能降低 60%以上,进而通过镁循环实现一举多得的“镁经济”、引领诸多产业变革。特别需要强调的是,“镁经济”的重要产物之一——超纯超细氧化镁,在全世界范围内都是非常稀缺且昂贵的重要基础材料。目前纯度能达到 98.5%的氧化镁即被称为“高纯氧化镁”,广泛应用于高端制造领域,每吨市场售价高达几万至几十万元人民币。国际上高纯氧化镁主要是通过海水提取,化学制备工艺非常复杂,且生产过程需大量使用有毒的氨水,还存在“硼难以去除”的世界性难题。目前这一技术只掌握在日本、荷兰、美国等少数发达国家手中。我国虽然是全球氧化镁生产的第一大国,但高纯氧化镁却长期依赖进口。“镁经济”不仅能实现超纯超细氧化镁的工业化生产,还能把成本降至目前市场价的 1/3 以下,既打破了国外的技术垄断,生产工艺又清洁低碳无污染。新材料具有优异的物理化学性能、吸附催化性能、 高灵敏度和快速响应特性,除了目前已知的应用外,还有很多全新领域尚未发掘,特别是关联效应巨大的超纯超细氧化镁。比如可合成世界上还无法实现的高纯度镁铝尖晶石,开发能承受极端苛刻环境的陶瓷集成电路基板等。建议设立与镁质新材料应用有关的国家重大科技专项,提前谋划、及早布局前沿应用和基础研究,使我国成为未来新兴产业的领跑者和开拓者。(作者系国务院发展研究中心研究员 )