“中國製造”破解難題

　　碳纖維“織”出火炬絲(si) 帶曲線

　　2022年北京冬奧會(hui) 火炬有一個(ge) 充滿動感的名字——“飛揚”。外形酷似兩(liang) 條交織舞動的絲(si) 帶，不僅(jin) 在設計上具有美感和力量，背靠的更是中國企業(ye) 的潛心研發與(yu) 匠心打造。此次火炬“飛揚”的外殼創新使用了碳纖維，同時加入樹脂複合材料，使其既輕便又牢固，耐火又耐高溫。中國石化上海石化公司副總經理、冬奧火炬量產(chan) 項目領導小組副組長黃翔宇向新京報貝殼財經記者講述，生產(chan) 車間裏，一條條黑色絲(si) 束，每一束都包含著1.2萬(wan) 根碳纖維絲(si) 。經過三維立體(ti) 編織，最終就像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼。

　　中國企業(ye) 的創新突破遠非如此。3D打印、高壓儲(chu) 氫、火焰顯色……小小的一支火炬，凝結了大量科技和工程成果，體(ti) 現了綠色低碳的環保理念。

　　“飛揚”又輕又美有秘訣

　　本屆北京冬奧會(hui) ，由中國石化牽頭負責火炬外殼研發及火炬量產(chan) 工作，中國石化上海石化承製。黃翔宇接受新京報貝殼財經記者采訪時回憶，在尋找火炬外殼材料的過程中，為(wei) 了契合“綠色辦奧”理念，體(ti) 現藝術設計與(yu) 科技創新的完美融合，研發團隊將目光投向了碳纖維。

　　碳纖維的密度隻有鋼的1/4左右，但是強度是鋼的7-9倍，用碳纖維製成的火炬很輕，火炬外殼重量較鋁合金外殼輕20%以上，而且很牢固，“隨便怎麽(me) 摔也摔不壞”。

　　不過，碳纖維雖然具有輕巧牢固的優(you) 點，但也帶來一些難題，其中就包括不耐高溫。“飛揚”的燃燒口在內(nei) 殼和外殼之間，這要求外殼能夠經受住800℃以上的高溫。

　　黃翔宇告訴貝殼財經記者，碳纖維複合材料本身強度高、熱膨脹係數小，但耐溫一般不超過250℃，所以怎麽(me) 做到保證火炬耐燃燒且表麵不開裂、起泡，成為(wei) 一大難點。

　　通過上海市經信委材料處介紹，上海石化火炬研發團隊尋到突破口——上海金山區一家企業(ye) 研發了一種樹脂，耐火、耐高溫，研發團隊經過一番測試分析後，將其與(yu) 碳纖維一起製成碳纖維複合材料。最終，通過反複調整工藝，使火炬外殼材料達到了既能夠耐高溫又能夠耐火的要求，在800℃、900℃的燃燒環境下都可以正常使用。

　　火炬“飛揚”實現旋轉上升的不規則造型，也是碳纖維成型過程中的一個(ge) 技術突破。黃翔宇稱，“飛揚”采用了三維編織技術，生產(chan) 車間裏，一條條黑色絲(si) 束，每一束都包含著1.2萬(wan) 根碳纖維絲(si) 。經過三維立體(ti) 編織，最終就像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼，看不出任何接縫與(yu) 孔隙，整個(ge) 造型渾然一體(ti) 。

　　1200支火炬量產(chan) ，曆時近5個(ge) 月

　　火炬麵世，凝聚了科研人員和工程師的智慧和心血。

　　手持火炬的內(nei) 部空間比較狹小，要裝入保證足夠長燃燒時間的氫氣，需要實現一個(ge) 高達幾百倍的大比例減壓。為(wei) 此，中國航天科技集團等研製了一款輕量化小型化的氫氣減壓裝置。此外氫氣燃燒火焰呈淡藍色，在日光下不易顯色，研發團隊研發了一種可以調節氫氣火焰顏色的配方，讓它在日光下具有可見的紅黃色。

　　黃翔宇對貝殼財經記者進行技術上拆解，火炬分為(wei) 外飄帶、內(nei) 飄帶和氫氣燃燒裝置三個(ge) 組成部分，每一部分均有大量科技成果。外飄帶主要采用了陶瓷化成型技術、三維編織技術、RTM成型技術、鐳雕技術、自動噴塗技術等。火炬內(nei) 飄帶成品要求有絲(si) 綢飄逸質感，納米級陶瓷塗層厚度，耐受800℃-1000℃高溫，主要采用3D打印、打磨、噴砂等技術。火炬的燃燒裝置由中國航天科技集團研製，解決(jue) 了火焰顏色與(yu) 穩定性、高壓儲(chu) 氫、氫能安全利用等多項技術難題。

　　研發隻是火炬生產(chan) 的第一步，量產(chan) 同樣打起持久戰。

　　中國石化上海石化先進材料創新研究院總經理林生兵對貝殼財經記者表示，經過前期開展大量深化設計和產(chan) 品驗證等工作，2021年8月份，上海石化正式啟動量產(chan) 工作，至當年12月底基本完成量產(chan) 任務，整個(ge) 量產(chan) 過程用了近5個(ge) 月時間。2022年1月27日，1200支北京冬奧會(hui) 火炬“飛揚”正式交付北京冬奧組委。

　　到此時，上海石化的任務並沒有結束。林生兵稱，2月2日至4日三天火炬傳(chuan) 遞時間，上海石化冬奧火炬團隊全程參與(yu) 火炬傳(chuan) 遞保障工作，整個(ge) 團隊分成組裝和現場服務保障兩(liang) 個(ge) 小組。

　　火炬在每位火炬手中間傳(chuan) 遞，還有著這樣一段鮮為(wei) 人知的旅程：在火炬組裝基地，上海石化的組裝團隊從(cong) 1月28日開始組裝火炬，每支火炬組裝完成後要點火10秒左右進行檢漏，確認氫氣沒有泄漏。每一天，傳(chuan) 遞所用的火炬當天淩晨發貨，由火炬組裝基地運輸到各個(ge) 傳(chuan) 遞點位。而每一棒火炬手傳(chuan) 遞完，會(hui) 由現場服務保障團隊進行燃燒裝置的拆卸和回收。此後，火炬會(hui) 贈送給火炬手作為(wei) 紀念，燃燒裝置則被運送回火炬組裝基地，進行循環利用。

　　氫燃料“時間”：日供氫能力5000公斤

　　往屆奧運會(hui) 大量使用液化天然氣或丙烷等氣體(ti) ，北京冬奧會(hui) 是奧運曆史上首次使用氫能作為(wei) 火炬燃料。

　　北京冬奧會(hui) 的主火炬氫氣燃料由中國石化燕山石化供應。中國石化燕山石化首席專(zhuan) 家、新能源辦公室主任李軍(jun) 良接受貝殼財經記者采訪時稱，氫氣是最潔淨環保的燃料。傳(chuan) 統的液化天然氣或丙烷等燃料，其主要組成是甲烷、乙烷、丙烷等低碳烷烴。與(yu) 之相比，氫氣燃燒的時候隻產(chan) 生水，不產(chan) 生二氧化碳，更不會(hui) 發生燃燒不充分冒煙的現象，可實現完全的零排放。同時，氫的沸點很低，可在極低的溫度下穩定燃燒。選用氫氣作為(wei) 奧運火炬燃料，能夠真正體(ti) 現北京冬奧會(hui) 綠色、低碳、可持續原則，真正實現奧林匹克精神與(yu) “綠色”、“環保”的進一步結合。

　　除了為(wei) 主火炬提供氫燃料之外，中國石化燕山石化還保障冬奧會(hui) 賽事氫燃料電池車用氫。李軍(jun) 良介紹，為(wei) 服務於(yu) 北京冬奧會(hui) 氫氣保供，燕山石化新建了氫氣新能源裝置。燕山石化氫氣新能源裝置於(yu) 2019年3月獲得中國石化批複，8月完成基礎設計批複，10月進場開展施工準備，於(yu) 2020年1月2日中期交工，3月27日實現一次開車成功。該裝置設計規模為(wei) 2000標準立方米/小時，采用變壓吸附（PSA）工藝，產(chan) 出可以滿足燃料電池所用氫氣，純度達99.999%。當時，我國氫氣市場尚處於(yu) 起步階段，市場需求量小，行業(ye) 經驗也比較少，燕山石化氫氣新能源裝置的建設過程需要克服很多技術難點。李軍(jun) 良表示，為(wei) 了盡快完成建設，該裝置采用模塊化設計，縮短現場作業(ye) 時間。由於(yu) 裝置初期不能長周期運行，設計時還設置了快速啟停程序。

　　談及冬奧會(hui) 所需氫氣的生產(chan) 與(yu) 運輸，李軍(jun) 良告訴貝殼財經記者，燕山石化氫氣新能源裝置將粗氫提純淨化，得到純度達99.999%且特定雜質符合標準的燃料電池用氫氣。裝置氫氣通過加壓到20兆帕充入專(zhuan) 用長管拖車，與(yu) 加氫站緊密聯係，晝夜作業(ye) ，確保氫氣準時運送到奧運車輛氫氣加注站。中國石化在北京、河北建設了4座服務冬奧加氫站，日供氫能力共計5000公斤。以慶園街加氫站為(wei) 例，占地麵積2500平方米，日供氫能力1500公斤，每天可為(wei) 80輛12米公交巴士提供加氫服務，是由中國石化與(yu) 北京公交集團聯手打造的集加氫、光伏、便利店、易捷咖啡於(yu) 一體(ti) 的綜合能源服務站。

　　新京報貝殼財經記者 顧誌娟